FrozenPie
Lötkolbengott/-göttin
Von schwarzem Phosphor und Graphen
Abb. 1.1
Als Graphen 2004 entdeckt wurde, galt es als das Wundermaterial schlechthin. Es war eine Atomlage dünn (0.3nm), extrem stabil (zehn mal stärker als Stahl. "Eine Graphen-Hängematte von einem Quadratmeter Größe könnte eine vier Kilogramm schwere Katze tragen – und selbst nur so viel wiegen wie ein einzelnes Schnurrhaar der Katze." (Quelle)) und der elektrische Flächenwiderstand liegt unter einem Ohm und damit Supraleitend bei Zimmertemperatur. Der Herstellungsprozess war damals noch alles andere als Massenproduktionstauglich: Mit einem ganz normalen Klebestreifen wurde von einem Graphit-Stück die zweidimensionale Schicht abgelöst. Heute wird zur Gewinnung von Graphen ein Siliziumcarbid Kristall erhitzt wodurch sich an dessen Rändern Graphenstrukturen bilden.
Durch seine extrem guten elektrischen Eigenschaften hoffte man, Silizium als Halbleiter für Mikroprozessoren abzulösen und so der Effizienz einen enormen Schub zu geben. (Quelle, Quelle)
Abb. 1.2
Diese Entdeckung, der Eigenschaften von zweidimensionalen Atomschichten, nahm man zum Anlass nach weiteren vielversprechenden Materialien, mit den selben oder besseren Eigenschaften, zu suchen. Dabei stieß man unter anderem auf den sog. "Schwarzen Phosphor". Er ist ebenso wie Graphen eine zweidimensionale Atomschicht und wird auch als Phosphoren bezeichnet, besitzt allerdings im Gegensatz zu Graphen eine Bandlücke, welche ihn zu einem vielversprechenderen Kandidaten für Nanotransistoren macht als Graphen, welche eine wesentlich kleinere Bandlücke besitzt.
Zusätzlich wird Phosphoren bei einer bestimmten Lichtintensität transparent, was ihn vor allem für die Entwicklung von Sendern und Empfängern für Glasfaserübertragungen interessant macht. Materialforschern ist es unter anderem gelungen mit einem Empfänger auf Phospharen-Basis eine Datenübertragungsrate von 3 Gigabit zu erreichen.
Die Effizienz solcher Geräte auf Phosphoren-Basis ist dabei wesentlich Größer als bei Geräten auf Graphen-Basis. Die Forscher hoffen die Übertragungsraten noch mit Hilfe von Optimierungen weiter steigern zu können.
Abb. 1.3
Der Produktionsprozess von Phospharen wurde nun von Wissenschaftlern um Jonathan Coleman vom Trinity College in Dublin stark vereinfacht und Massentproduktionsauglich gemacht. Dabei wird das Phosphoren nicht durch ein Exfoliationsverfahren gewonnen, sondern "die Forscher setzen ihre Materialproben in einer Flüssigkeit starken Schallwellen aus, die den Kristall in wenige Atome dicke Schichten auftrennten. Anschließend sortierten sie das Produkt mit Hilfe von Zentrifugen nach Größe. Durch Aufbewahrung in einem Lösungsmittel können die Schichten vor der zerstörerischen Reaktion mit Sauerstoff und Wasser geschützt werden."
Phosphoren ist, unter anderem genau wie Graphen, mit anderen Materialien kombinierbar. "In Polyvinylchlorid eingebettet erhöhten die Phosphorschichten die Zugfestigkeit der Kunststofffolien um das Sechsfache." (Quelle)
Ich für meinen teil bin gespannt was uns die nächsten Zehn Jahre in der Halbleiter-Industrie erwartet. Sieht fast so aus als würde eine Revolution anstehen. Was ist eure Meinung zu dem Thema? Was denkt ihr erwartet uns in den nächsten Jahrzehnten? Kritik und Lob an diesem kleinen Artikel sind beide gern gesehen.
Quellen:
Abb. 1.1 Artikel, Abb. 1.2 Bild
Abb. 1.2 Artikel, Abb. 1.2 Bild
Abb. 1.3 Artikel, Abb. 1.3 Bild
Anhänge
Zuletzt bearbeitet:
