science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Wit grafeen te hulp:zeshoekige boornitridevellen kunnen grafeen helpen silicium te verdringen

Een transmissie-elektronenmicroscoopbeeld, links, toont een-atoom-dikke lagen hexagonaal boornitride edge-on. Rechts is een geselecteerde gebiedselektronendiffractie van een h-BN-laag. (Credit Li Song/Rice University)

Wat onderzoekers 'wit grafeen' zouden kunnen noemen, kan de perfecte hulp zijn voor het echte werk, aangezien een nieuw tijdperk zich ontvouwt in elektronica op nanoschaal.

Maar één atoom dikke lagen hexagonaal boornitride (h-BN), het materiaal onder intensieve studie aan de eersteklas afdeling Werktuigbouwkunde en Materiaalwetenschappen van Rice University, zullen waarschijnlijk ook enkele macro-applicaties vinden.

Onderzoekers in het lab van Pulickel Ajayan, Rice's Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en scheikunde, hebben ontdekt hoe je vellen h-BN kunt maken, wat de complementaire appel voor de sinaasappel van grafeen zou kunnen blijken te zijn.

De resultaten werden vorige week gerapporteerd in het online tijdschrift Nano-letters .

grafeen, aangeprezen als een mogelijke opvolger van silicium in micro-elektronicatoepassingen, is de nieuwe lieveling van onderzoekslaboratoria die hopen te profiteren van zijn uitstekende elektronische eigenschappen.

Zeshoekig boornitride, anderzijds, is een isolator. Eerder dit jaar, Rice postdoctorale onderzoekers in de groep van Ajayan hebben een manier gevonden om eilanden van h-BN te implanteren in vellen grafeen, een unieke manier om een ​​zekere mate van controle uit te oefenen over het elektronische karakter van het blad.

Nu de ploeg, geleid door hoofdauteur Li Song, heeft ontdekt hoe vellen pure h-BN kunnen worden gedeponeerd, die van nature wit is in bulkvorm, ergens tussen de één en vijf atomen dik op een koperen ondergrond. Het materiaal kan vervolgens worden overgebracht op andere substraten.

Ze gebruikten een chemisch dampafzettingsproces om de h-BN-platen te laten groeien op een koperen rug van 5 bij 5 centimeter bij temperaturen rond de 1, 000 graden Celsius. De platen konden vervolgens van het koper worden gestript en op verschillende substraten worden geplaatst.

uiteindelijk, Song ziet h-BN-platen op grote schaal worden gebruikt als een zeer effectieve isolator in op grafeen gebaseerde elektronica, een nieuwe stap op de snelle mars naar de vervanging van silicium door materialen die de grenzen van de wet van Moore zouden kunnen overschrijden, waarin staat dat het aantal transistors dat op een geïntegreerde schakeling kan worden geplaatst ongeveer elke twee jaar verdubbelt.

Hij zei dat het ook mogelijk moet zijn om microscopische patronen van grafeen en h-BN te tekenen, die nuttig kunnen zijn bij het maken van veldeffecttransistoren op nanoschaal, kwantumcondensatoren of biosensoren.

Sterktetests waarbij de punt van een atoomkrachtmicroscoop werd gebruikt om h-BN in gaten in een siliciumsubstraat te duwen, toonden aan dat het zeer elastisch en bijna net zo sterk is als grafeen, de enkel-atoomvorm van zuivere koolstof.

Song zei dat de grootte van h-BN-platen alleen wordt beperkt door de grootte van de koperfolie en de oven die worden gebruikt om het te laten groeien. Het proces moet kunnen worden aangepast aan dezelfde soort roll-to-roll-techniek die onlangs is gebruikt om 30-inch vellen grafeen te vormen. "Als je een grote oven hebt, je kunt groot gaan, " hij zei.