En grafentransistor
Tidigt i grafenets tillblivelse lades mycket vikt vid grafenbastransistorer (GBT), alltså helt vanliga kiseltransistorer där man har grafen som bas, eller styre, istället för konventionellt dopat kisel.
Med GBT går vi från vanliga halvledares fysiska egenskaper till kvantfysiska. En GBT är inte ledande i galvanisk bemärkelse. All ström flyter igenom den tack vare tunneleffekten, en kvantfysisk effekt som bara gör sannolikt att elektronerna kan passera de isolerande barriärerna.
De isolerande tunnelbarriärerna är till för att hindra kortslutning, men hindrar naturligtvis samtidigt galvanisk ledning. Ledningen baseras alltså i stället på tunnling. Elektronerna tunnlar igenom emitter-bas-isolatorn och bas-kollektor-isolatorn om basen görs tillräckligt positiv i förhållande till emittern.
När basen ligger på noll volt mot emittern har elektronerna inte tillräcklig energi för att kunna tunnla till kollektorn, men ökar man basförspänningen till cirka 5 volt blir de isolerande barriärerna "tunnare" genom att elektronerna tillförs mera energi, så sannolikheten ökas att de kan tunnla igenom båda isolatorerna.
Ett av de stora problemen vid tillverkning av grafentransistorer är att göra kontakt mot grafen, eller ens få metall att fästa på grafenet. Grafen är som nanovärldens teflon. Inget fastnar, utom några få ämnen. Ett av dem är aluminium. Elektroderna i transistorn görs genom att man ångar på aluminium.
Innan aluminiet kan ångas på, måste man lägga på en fotoresist och exponera en mask, så att aluminiet bara blir kvar just där det ska vara elektroder. Denna typ av operation utförs om och om med olika gaser och metaller under en tidsrymd av tio dagar och i varje steg skadas grafenet genom att diverse störatomer, metaller såväl som syre, blir sittande i ytan varvid mycket av grafenets unika egenskaper går förlorade.
Övergången mellan elektroderna och grafenet blir inte heller perfekt, utan det uppkommer parasitiska (oönskade) resistanser som hindrar elektronernas framfart. I och med att grafen-basen och elektroderna är kapacitiva mot substratet, blir dessa till RC-kretsar som begränsar den övre gränsfrekvensen. Några terahertz blir det inte tal om inom de närmaste åren.
Ännu så länge finns inga logikkretsar eller liknande uppbyggda med GBT. Man bygger och provar transistorerna en och en, även om KTH-forskarna konstruerar kretsar som man hoppas kunna testa inom något år. Istället har man hittat andra, mera lovande användningsområden för grafen, som i billiga sensorer och superkondensatorer.
