Grafen, grafitin 2 boyutlu bir versiyonudur. Tek bir atom inceliğindeki bu yapı, 2004 yılında keşfedildiğinden bu yana mühendislerin, metalurjistlerin ve araştırmacıların yoğun ilgisini çekiyor.
Grafene gösterilen bu ilgi ise elbette ki sebepsiz değil. Çelikten 100-300 kat daha güçlü olan bu madde, elektriksel akım iletimi açısından da bakırdan çok daha gelişmiştir. Bu nedenle de grafen, en güçlü, en ince ve açık farkla en güvenilir elektrik iletkeni malzeme olarak öne çıkıyor. Grafen, modern dünyada kullandığımız milyarlarca çip ve elektronik parça için önemli bir alternatif hammadde durumunda.
Yirmi yıldan uzun bir süredir, ara bağlantıların yapılması için bakır kullanılsa da bu metal, ideal özelliklere sahip olmaktan oldukça uzak. Bakır, yapısal olarak fiziksel sınırlara sahip ve nano ölçekte kullanılması imkansız bir malzeme. Bakır inceldikçe direnci artıyor. Direncin artması akımın daha zor geçmesi demek. Bu da yavaşlayan bilgisayarlar anlamına geliyor.
Enerji kaybolmadığı, yalnızca şekil değiştirdiği için de direnci artan bakır daha da fazla ısınıyor. Bakırın bu yapısı, yarı iletken sektörü için bir tehlike oluşturuyor. Sözü geçen endüstri 500 milyar dolarlık bir hacme sahip.
Grafenin en temel sorunu ise bu maddeyi ticari amaçlara uygun şekilde mikrobileşenler yapmak için kullanmanın yolunu bilmiyor olmamız. Kaliforniya Üniversitesi’nde Elektronik ve Bilgisayar Mühendisi olan Kaustav Banerjee, hangi parça söz konusu olursa olsun sektörün ilerlemesi için grafeni silikon levhalara bir şekilde tutturmanın yolunu bulmamız gerektiğini söylüyor.
Devre üretilirken ilk olarak transistörler imal ediliyor. Transistörler üretildikten sonra, diğer işlemlerde toplam sıcaklık, 500 dereceyi aşamaz.
Banerjee’nin laboratuvarında yapılan araştırmalar, en sonunda yüksek iletkenliğe sahip, nano ölçekli, takviyeli çok katmanlı grafen (DMG) ara bağlantıları, entegre devrelere uygun ve yüksek miktarlarda üretmenin yolunu ortaya çıkardı.
2008 yılında teoriyi ortaya attığından bu yana çalışmalarını devam ettiren araştırmacı, kimyasal buhar temelli bir sistem kullanıyordu. Bu sistemin tek sıkıntısı, yukarıda bahsettiğimiz 500 derece sıcaklık kısıtlaması idi.
Banerjee, bu kısıtlamayı aşmak için özel bir yöntem geliştirdi. Bu yöntemde, basınç yardımıyla katı halde füzyon işlemi gerçekleştiriliyor. Böylece grafen, standart olarak kullanılan CMOS üretime dahil olabiliyor.
Bu yöntemde, ideal kalınlıkta bir nikel şerite grafit tozu dökülüp, 300 derece sıcaklıkta basınç uygulanıyor. Ortaya grafenli bir yapı çıkmış oluyor. Barenjee ve ekibi bu sistemi kontrol ederek, istenilen optimal kalınlığa sahip grafeni ortaya çıkarmayı başardı. Böylece daha hızlı, güçlü, küçük, hafif, esnek, güvenilir ve maliyeti düşük bilgisayarlar hayatımıza girebilecek.
Araştırma, 2018 IEEE toplantısında tanıtıldı ve araştırma hakkında bir makale de Nature Electronics’te yayımlandı. Barenjee ve ekibi şimdi patentlerini alıp üçüncü partilere üretim yapmayı amaçlıyor.