علاوه بر خواص سیلیکون، یکی از دلایل اصلی دیگری که منجر به استفاده از آن، بیش از مواد دیگر شده‌است، سهولت در حکاکی (etching) و دستکاری (manipulation) توسط روش‌های ساخت نانو (nanofabrication) بالا به پایین است. از آنجا که تراشه‌های رایانه‌ای و الکترونیکی در چند دهه گذشته پیشرفت کرده‌اند، شرکت‌ها با استفاده از آخرین روش‌های بالا به پائین، تراشه‌های سیلیکونی کوچکتری ساخته‌اند.
با این حال، محدودیت در مورد چگونگی حکاکی، لیتوگرافی و الگوسازی مواد سیلیکونی وجود دارد و روش‌های فعلی ساخت نانو قادر به ایجاد تراشه‌های سیلیکون بسیار کوچکتر از اندازه فعلی نیستند. به همین دلیل است که روش‌های ساخت نانو پایین به بالا و ایجاد نانومواد از ابتدا (ساختن و تولید کردن به جای شکستن و خرد کردن) به عنوان آینده الکترونیک دیده می‌شوند که ساخت تراشه‌های و دستگاه‌های کوچکتر را امکان‌پذیر می‌سازد.
در جهانی که وسایل الکترونیکی با حفظ کارایی (یا بهبود) خود در حال کوچک شدن هستند، توانایی ایجاد تراشه‌های کوچکتر با استفاده از رویکردهای پایین به بالا، به احتمال زیاد باعث ایجاد انقلاب بزرگ بعدی در الکترونیک در مقیاس وسیع خواهد شد. با این حال، این کار آسانی نیست، به خصوص زمانی که تنها، تعداد انگشت شماری از نانومواد رسانا بتوانند با خواص سیلیکون رقابت کنند. یکی از این موارد و پیشتاز در جایگزینی سیلیکون، گرافن است و اکنون در چندین شکل مختلف در حال کارآزمایی و بررسی است.
پتانسیل استفاده برای نانونوارهای گرافن
تحقیقات جدید به طور مداوم در حال شکل‌گیری است، و یکی از حوزه‌هایی که در حال حاضر مورد بررسی قرار گرفته‌است، استفاده از نانونوارهای گرافن است. گرافن تک‌لایه (CVD)، مدت‌هاست که به عنوان گزینه‌ای برای وسایل الکترونیک گرافنی مطرح می‌شود. با این حال، تحقیقات دیگر نشان می‌دهد که نانونوارهای گرافن نیز می‌توانند انتخاب مناسبی برای جایگزینی سیلیکون در دستگاه‌های الکترونیکی باشند.
نانونوارهای گرافن، مواد هیجان‌انگیزی هستند. آنها اساساً نوارهای کوتاه و نازکی از گرافن هستند، به همین دلیل نه اندازه عرضی صفحات منظم گرافن را دارند و نه مانند نانولوله‌ها رول شده‌اند. با این حال، بر خلاف صفحات گرافن معمول، برخی از آنها دارای خصوصیات نیمه رسانایی هستند که اجازه می‌دهد نانونوارها به صورت ترانزیستور ساخته شوند.
خصوصیات نیمه رسانایی در نانونوارها وجود دارد، به شرطی که آنها با شکل هندسی مناسب برش داده شوند و هیچ گونه نقص ساختاری که می‌تواند بر ساختار باند الکترونیکی در سراسر نوار تأثیر بگذارد، نداشته باشند. مدتی است که محققان از نانونوارهای گرافن برای ساخت دستگاه‌های ترانزیستور استفاده می‌کنند. با این حال، فرآیند سنتز از نظر هزینه در مقیاس، نسبت به سایر اشکال گرافن، از جمله CVD، که می‌تواند با استفاده از روش‌های رول به رول ساخته شود، دشوارتر است.
دانشمندان روسی به تازگی در حال آزمایش فرآیندهای جدید خودآرایی هستند که از دیدگاه تجاری از نظر مالی امکان‌پذیرتر است. این فرآیند انباشت بخار شیمیایی (CVD; chemical vapor deposition) است که نانونوارهای گرافن را در خلاء استاندارد و با استفاده از کاتالیزور ارزان‌قیمت نیکل ایجاد می‌کند. برخلاف روش استاندارد، که در آن از خلاء بسیار بالا و کاتالیزور طلا استفاده می‌شود و موجب هزینه بالای تولید نانونوارها می‌گردد.
نانونوارهایی که با استفاده از این روش جدید تولید می‌شوند دارای عرض بسیار نازک (۷ اتم) و پیکربندی صندلی و بدون هیچ نقص ظاهری هستند. همچنین مشخص شد که این ترکیب برخلاف نانونوارهای پهن‌تر، که بیشتر شبیه یک فلز عمل می‌کنند، نیمه رسانا هستند.
این فرآیند جدید، نانونوارهایی مناسب برای ساخت ترانزیستورها، تولید می‌کند و نسبت به روش‌های پیش از خود، روش بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تری است. خیلی زود است که مشخص شود، آیا نانونوارهای گرافن می‌توانند توجه همگانی در الکترونیک را از سیلیکون و یا صفحات گرافن بزرگ‌تر به سمت خود معطوف کنند یا خیر. اگر راه‌هایی برای تحقق این روش‌ها و مواد در مقیاس‌های بزرگ‌تر پیدا شود، در این صورت احتمال پیدایش یک رقیب دیگر در رقابت برای تولید نسل جدید الکترونیک وجود دارد.
آینده گرافن در الکترونیک
گرافن (در همه اشکال) دارای خواص بسیار زیادی از جمله خواص رسانایی الکتریکی برتر، تحرک بالای حامل بار و مساحت سطح بزرگ و فعال است که آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای دستگاه‌های الکترونیکی تبدیل می‌کند.
بر خلاف سیلیکون، گرافن شکاف نواری (bandgap) ندارد و این امر آن را به شدت رسانا می‌سازد. با این حال، گرافن را می‌توان آلاییده (doped) و عامل‌دار کرد و یا در غیر این صورت تغییر داد تا یک شکاف نواری ایجاد شود.
صفحات گرافن استاندارد را می‌توان دستکاری کرد تا در صورت تمایل، خواصی مشابه سیلیکون را نشان دهند. با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، اشکال خاصی (مانند نانونوارها) به طور طبیعی، بدون دستکاری، خواص نیمه‌رسانا را نشان می‌دهند. اشکال مختلفی از گرافن وجود دارند که انتخاب قابل توجهی از مواد/خواص را متناسب با کاربرد ارائه می‌دهند.
گرافن دارای رسانایی الکتریکی بسیار بالا و مکانیسم‌های انتقال بار است که آن را به واسطه (medium) موثری برای الکترونیک تبدیل می‌کند. چندین مزیت منحصر به فرد وجود دارد که می‌توان در آن از گرافن استفاده کرد، ولی در سیلیکون این گونه نیست. نازک بودن صفحه‌ها باعث ایجاد انعطاف‌پذیری ذاتی می‌شود که این مزیت در سیلیکون (یا بسیاری دیگر از مواد غیر آلی) یافت نمی‌شود. این امر باعث می‌شود که گرافن برای الکترونیک‌های پوشیدنی، انعطاف‌پذیر و همدیس (conformal)، پیشنهادی بسیار هیجان‌انگیز باشد. در مورد وسایل الکترونیکی همدیس، ماهیت آلی گرافن فراتر از سیلیکون (یا بسیاری دیگر از مواد غیر آلی) است به این معنی که می‌تواند به راحتی از طریق انحلال پردازش شود. این بدان معنی است که صفحه‌های گرافن می‌توانند به طیف وسیعی از واسطه‌ها مانند جوهرهای قابل‌چاپ، فرموله شوند تا جوهرهای مبتنی بر گرافن، به صورت واسطه‌ای رسانا برای وسایل الکترونیکی قابل چاپ ساخته شود.
آیا گرافن جایگرین سیلیکون در الکترونیک می‌شود؟
گرافن قطعاً پتانسیل جایگزینی سیلیکون در الکترونیک را دارد، اما این موضوع به عوامل مختلفی از جمله تمایل کاربران نهایی برای استفاده از گرافن در وضعیت فعلی (که به نوبه خود، همه روش‌های تولید آنها را تغییر می‌دهد) بستگی دارد، این امر همچنین به صنعت گرافن برای تهیه گرافن با کیفیت مطلوب برای دستگاه‌های الکترونیکی متکی خواهد بود؛ زیرا فقط گرافن با کیفیت بالا برای کاربردهای الکترونیکی مناسب است.
همچنین گرافن باید نشان دهد که در دراز مدت پیشنهاد ارزشی بهتری چه در زمینه عملکرد بهبود یافته و چه از نظر پایداری طولانی‌مدت در مقایسه با هزینه ارائه می‌دهد.
حتی اگر گرافن، در همه وسایل الکترونیکی (به خصوص الکترونیک ارزان‌قیمت پایین رده) جایگزین سیلیکون نشود، به احتمال زیاد آینده الکترونیک‌های تخصصی مانند الکترونیک قابل‌چاپ، پوشیدنی و انعطاف‌پذیر را تحت تأثیر قرار خواهد داد. این بدان دلیل است که گزینه‌های کم‌تری می‌توانند با اثرات هم‌افزایی خواص رسانایی و ساختاری (انعطاف‌پذیری/استحکام) گرافن برای این دستگاه‌ها رقابت کنند.