Een internationaal team van onderzoekers heeft een belangrijke stap gezet in het begrijpen van de fundamentele eigenschappen van het tweedimensionale materiaal siliceen door aan te tonen dat het stabiel kan blijven in aanwezigheid van zuurstof.

In een vandaag gepubliceerde studie 12 augustus, in het tijdschrift van IOP Publishing 2D-materialen , de onderzoekers hebben aangetoond dat dikke multilagen siliceen kunnen worden geïsoleerd van het uitgangsmateriaal silicium en intact blijven wanneer ze gedurende ten minste 24 uur aan lucht worden blootgesteld.

Het is de eerste keer dat een dergelijke prestatie is bereikt en zal wetenschappers in staat stellen om het materiaal verder te onderzoeken en de eigenschappen te benutten die siliceen tot een veelbelovend materiaal in de elektronica-industrie hebben gemaakt.

Siliceen is gemaakt van enkele honingraatvormige lagen silicium die slechts één atoom dik zijn. Momenteel, siliceen moet in vacuüm worden geproduceerd om elk contact met zuurstof te vermijden, die de vorming van de enkele lagen volledig zou kunnen vernietigen.

Siliceen moet ook worden "gekweekt" op een oppervlak dat overeenkomt met zijn natuurlijke structuur - zilver is de belangrijkste kandidaat. Siliceen maken, een plak silicium wordt verhit tot hoge temperaturen, het dwingen van enkele siliciumatomen om te verdampen en op het zilversubstraat te landen, de enkele laag vormen.

Siliceen kan ook worden omgezet van een 2D-materiaal naar een 3D-materiaal door steeds meer enkele lagen op elkaar te stapelen. Echter, eerder onderzoek heeft aangetoond dat siliceen zelfmoordneigingen heeft, en keert altijd terug naar silicium naarmate er meer lagen worden toegevoegd, omdat een siliciumstructuur stabieler is.

In deze nieuwe studie een internationaal team van onderzoekers, gevestigd in Italië en Frankrijk, heeft meerdere lagen siliceen gefabriceerd met behulp van een zilversubstraat dat op een temperatuur van 470 K wordt gehouden en een solide siliciumbron, die werd verwarmd tot 1470 K. In totaal werden 43 monolagen siliceen op het substraat afgezet.

Eenmaal gefabriceerd, de onderzoekers merkten op dat zich een zeer dunne oxidatielaag had gevormd bovenop de meerlagige stapel monolagen; echter, er werd aangetoond dat dit de integriteit van de stapel behield, werkt als een beschermende laag.

De stapel monolagen bleef minimaal 24 uur in open lucht bewaard, in die tijd konden de onderzoekers röntgendiffractie en Raman-spectroscopie gebruiken om te bevestigen dat het materiaal in feite siliceen was en geen gewoon silicium.

Hoofdauteur van de studie Paola De Padova, van Consiglio Nazionale delle Ricerche in Italië, zei:"Deze resultaten zijn significant omdat we hebben aangetoond dat het mogelijk is om een ​​op silicium gebaseerd 2D-materiaal te verkrijgen, wat tot een paar jaar geleden ondenkbaar werd geacht.

"Onze huidige studie toont aan dat meerlagig siliceen meer geleidend is dan enkellagig siliceen, en opent daarom de mogelijkheid om het in de hele siliciummicro-elektronica-industrie te gebruiken. Vooral, we stellen ons voor dat het materiaal wordt gebruikt als poort in een op siliceen gebaseerde MOSFET, wat de meest gebruikte transistor is in digitale en analoge circuits.

"We bestuderen momenteel de mogelijkheid om meerlagig siliceen rechtstreeks op halfgeleidersubstraten te laten groeien om de supergeleidende eigenschappen van de verbinding te onderzoeken."