Ventajas del grafeno sobre los semiconductores convencionales:
1. Alta movilidad electrónica: Los átomos de carbono del grafeno forman una estructura reticular hexagonal, que permite a los electrones moverse libremente con una dispersión mínima. Esto da como resultado una movilidad de electrones extremadamente alta, lo que hace que el grafeno sea prometedor para dispositivos electrónicos de alta velocidad.
2. Ajustabilidad de banda prohibida: A diferencia de los semiconductores convencionales con bandas prohibidas fijas, la banda prohibida del grafeno se puede modular aplicando un campo eléctrico o dopaje químico. Esta capacidad de ajuste permite personalizar el grafeno para diversas aplicaciones electrónicas.
3. Conductividad transparente: El grafeno es un excelente conductor de electricidad y al mismo tiempo es casi transparente. Esta propiedad lo hace adecuado para dispositivos electrónicos transparentes, como pantallas táctiles y células solares.
4. Flexibilidad: El grafeno es un material bidimensional que se puede apilar, plegar o enrollar fácilmente en varias formas. Esta flexibilidad abre nuevas posibilidades para dispositivos electrónicos flexibles.
5. Espesor atómico: El espesor de un solo átomo del grafeno lo convierte en un material ideal para dispositivos electrónicos ultrafinos, donde los semiconductores convencionales enfrentan desafíos en la miniaturización.
Desafíos y limitaciones del grafeno:
1. Banda prohibida de semiconductores: Si bien la banda prohibida del grafeno se puede modular, es un desafío lograr una banda prohibida considerable necesaria para transistores eficientes. Esto dificulta su uso en aplicaciones de lógica digital.
2. Fijación de nivel de Fermi: El nivel de Fermi del grafeno, que determina sus propiedades eléctricas, es sensible a las condiciones ambientales y a las impurezas. Esto dificulta el control y la predicción del comportamiento eléctrico de los dispositivos basados en grafeno.
3. Baja concentración de portadores: El grafeno no dopado tiene una baja concentración de portadores, lo que limita su rendimiento en determinadas aplicaciones electrónicas. Aún se están investigando estrategias para aumentar la concentración de portadores.
4. Desafíos de fabricación de dispositivos: La naturaleza atómicamente delgada del grafeno plantea desafíos en la fabricación de dispositivos, incluida la formación y patrones de contactos eléctricos. Es necesario superar estos desafíos para lograr una fabricación escalable de productos electrónicos basados en grafeno.
5. Producción en masa: Actualmente, la producción de grafeno de alta calidad a gran escala es un desafío. Se necesitan métodos rentables y escalables para la síntesis de grafeno para una adopción generalizada.
Si bien el grafeno tiene importantes ventajas sobre los semiconductores convencionales, es necesario abordar varios desafíos antes de que pueda reemplazarlos por completo. Se espera que las investigaciones en curso y los avances en la síntesis de grafeno, la fabricación de dispositivos y la ingeniería de banda prohibida acerquen el grafeno a aplicaciones prácticas en la industria de los semiconductores.
