Avantages du graphène par rapport aux semi-conducteurs conventionnels :
1. Mobilité électronique élevée : Les atomes de carbone du graphène forment une structure en réseau hexagonal, qui permet aux électrons de se déplacer librement avec une diffusion minimale. Cela se traduit par une mobilité électronique extrêmement élevée, ce qui rend le graphène prometteur pour les appareils électroniques à grande vitesse.
2. Réglage de la bande interdite : Contrairement aux semi-conducteurs conventionnels à bande interdite fixe, la bande interdite du graphène peut être modulée en appliquant un champ électrique ou un dopage chimique. Cette adaptabilité permet de personnaliser le graphène pour diverses applications électroniques.
3. Conductivité transparente : Le graphène est un excellent conducteur d’électricité tout en étant presque transparent. Cette propriété le rend adapté aux composants électroniques transparents, tels que les écrans tactiles et les cellules solaires.
4. Flexibilité : Le graphène est un matériau bidimensionnel qui peut être facilement empilé, plié ou roulé sous différentes formes. Cette flexibilité ouvre de nouvelles possibilités pour les appareils électroniques flexibles.
5. Épaisseur atomique : L'épaisseur d'un seul atome du graphène en fait un matériau idéal pour les appareils électroniques ultra-fins, où les semi-conducteurs conventionnels sont confrontés à des défis de miniaturisation.
Défis et limites du graphène :
1. Bande interdite des semi-conducteurs : Bien que la bande interdite du graphène puisse être modulée, il est difficile d’atteindre une bande interdite importante nécessaire à des transistors efficaces. Cela entrave son utilisation dans les applications de logique numérique.
2. Épinglage au niveau Fermi : Le niveau de Fermi du graphène, qui détermine ses propriétés électriques, est sensible aux conditions environnementales et aux impuretés. Cela rend difficile le contrôle et la prévision du comportement électrique des appareils à base de graphène.
3. Faible concentration en porteurs : Le graphène non dopé a une faible concentration de porteurs, limitant ses performances dans certaines applications électroniques. Les stratégies visant à augmenter la concentration des porteurs sont toujours à l’étude.
4. Défis de fabrication d'appareils : La nature atomiquement mince du graphène pose des défis dans la fabrication de dispositifs, notamment la formation et la configuration de contacts électriques. Ces défis doivent être surmontés pour une fabrication évolutive de produits électroniques à base de graphène.
5. Production de masse : Actuellement, la production à grande échelle de graphène de haute qualité constitue un défi. Des méthodes rentables et évolutives de synthèse du graphène sont nécessaires pour une adoption généralisée.
Bien que le graphène présente des avantages significatifs par rapport aux semi-conducteurs conventionnels, plusieurs défis doivent être relevés avant de pouvoir les remplacer complètement. Les recherches et les progrès en cours dans la synthèse du graphène, la fabrication de dispositifs et l'ingénierie de la bande interdite devraient rapprocher le graphène des applications pratiques dans l'industrie des semi-conducteurs.
