Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) heeft een methode aangekondigd voor de massaproductie van met boor/stikstof gecodopeerde grafeen-nanoplaatjes, wat leidde tot de fabricage van een op grafeen gebaseerde veldeffecttransistor (FET) met halfgeleidende aard. Dit opent mogelijkheden voor praktisch gebruik in elektronische apparaten.

Het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) onderzoeksteam onder leiding van prof. Jong-Beom Baek heeft een efficiënte methode ontdekt voor de massaproductie van met boor/stikstof gecodopeerde grafeen-nanoplaatjes (BCN-grafeen) via een eenvoudige solvotherme reactie van BBr3/CCl4/N2 in aanwezigheid van kalium. Dit werk is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie als een "zeer belangrijk document".

Sinds grafeen experimenteel werd ontdekt in 2004, het is de focus geweest van krachtig toegepast onderzoek vanwege zijn uitstekende eigenschappen zoals een hoog specifiek oppervlak, goede thermische en elektrische geleidbaarheid, en nog veel meer eigendommen.

Echter, de achilleshiel is een verdwijnende bandgap voor halfgeleidertoepassingen. Als resultaat, het is niet geschikt voor logische toepassingen, omdat apparaten niet kunnen worden uitgeschakeld. Daarom, grafeen moet worden aangepast om een ​​band-gap te produceren, als het in elektronische apparaten moet worden gebruikt.

Er zijn verschillende methoden gebruikt om op grafeen gebaseerde veldeffecttransistoren (FET's) te maken, inclusief doping grafeen, het afstemmen van grafeen-achtig een nanolint, en het gebruik van boornitride als drager. Een van de methoden om de bandgap van grafeen te beheersen, dopingmethoden zijn het meest veelbelovend wat betreft haalbaarheid op industriële schaal.

Hoewel toonaangevende onderzoekers hebben geprobeerd boor toe te voegen aan een grafietraamwerk om de bandgap voor halfgeleidertoepassingen te openen, er is nog geen noemenswaardig succes geboekt. Aangezien de atoomgrootte van boor (85 pm) groter is dan die van koolstof (77 pm), het is moeilijk om boor in de grafische netwerkstructuur op te nemen.

Een nieuw synthetisch protocol ontwikkeld door een onderzoeksteam van UNIST, een toonaangevende Koreaanse universiteit, heeft aangetoond dat co-doping van boor/stikstof alleen mogelijk is wanneer tetrachloorkoolstof (CC14 ) wordt behandeld met boortribromide (BBr3) en stikstof (N2).

Om boordoping in de grafeenstructuur te helpen, het onderzoeksteam gebruikte stikstof (70 pm), wat een beetje kleiner is dan koolstof en boor. Het idee was heel simpel, maar het resultaat was verrassend. Het koppelen van twee stikstofatomen en twee booratomen kan de mismatch van de atomaire grootte compenseren. Dus, boor- en stikstofparen kunnen gemakkelijk in het grafietnetwerk worden geïntroduceerd. Het resulterende BCN-grafeen genereert een bandgap voor FET's.

"Hoewel de prestaties van de FET niet in het bereik liggen van commerciële halfgeleiders op basis van silicium, dit initiatiefwerk zou het bewijs moeten zijn van een nieuw concept en een grote sprong voorwaarts voor het bestuderen van grafeen met opening van de bandgap, " zei prof. Jong-Beom Baek.

"Ik geloof dat dit werk een van de grootste vorderingen is bij het overwegen van de levensvatbaarheid van een eenvoudige synthetische benadering, " zei promovendus Sun-Min Jung, de eerste auteur van dit artikel.

Prof. Baek legt de volgende stap uit:"Nu, de resterende uitdaging is het verfijnen van een bandgap om de aan/uit-stroomverhouding voor echte apparaattoepassingen te verbeteren."