Chemici van Brown University hebben een manier gevonden om nieuwe 2-D, grafeenachtige halfgeleidende nanomaterialen met behulp van een oude stand-by van de halfgeleiderwereld:silicium.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nanoletters , de onderzoekers beschrijven methoden om nanolinten en nanoplaten te maken van een verbinding die siliciumtelluride wordt genoemd. De materialen zijn puur, p-type halfgeleiders (positieve ladingsdragers) die kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid aan elektronische en optische apparaten. Hun gelaagde structuur kan lithium en magnesium opnemen, wat betekent dat het ook kan worden gebruikt om elektroden in dat soort batterijen te maken.

"Op silicium gebaseerde verbindingen vormen de ruggengraat van moderne elektronicaverwerking, " zei Kristie Koski, assistent-professor scheikunde bij Brown, die het werk leidde. "Siliciumtelluride zit in die familie van verbindingen, en we hebben een totaal nieuwe methode getoond om het te gebruiken om gelaagde, tweedimensionale nanomaterialen."

Koski en haar team synthetiseerden de nieuwe materialen door middel van dampafzetting in een buisoven. Bij verhitting in de buis, silicium en tellurium verdampen en reageren om een ​​voorloperverbinding te maken die door een argondragergas op een substraat wordt afgezet. Het siliciumtelluride groeit dan uit de voorloperverbinding.

Door de oventemperatuur te variëren en verschillende behandelingen van het substraat te gebruiken, kunnen verschillende structuren worden gemaakt. Door het proces aan te passen, de onderzoekers maakten nanolinten die ongeveer 50 op 1 zijn 000 nanometer breed en ongeveer 10 micron lang. Ze maakten ook nanoplaten plat op het substraat en rechtopstaand.

"We zien de staande borden veel, ' zei Koski. 'Het zijn halve zeshoeken die rechtop op het substraat zitten. Ze lijken een beetje op een kerkhof."

Elk van de verschillende vormen heeft een andere oriëntatie van de kristallijne structuur van het materiaal. Als resultaat, ze hebben allemaal verschillende eigenschappen en kunnen in verschillende toepassingen worden gebruikt.

De onderzoekers toonden ook aan dat het materiaal kan worden "gedoteerd" door het gebruik van verschillende substraten. Doping is een proces waarbij kleine onzuiverheden worden geïntroduceerd om de elektrische welvaart van een materiaal te veranderen. In dit geval, de onderzoekers toonden aan dat siliciumtelluride kan worden gedoteerd met aluminium wanneer het op een saffiersubstraat wordt gekweekt. Dat proces kan worden gebruikt, bijvoorbeeld, om het materiaal te veranderen van een p-type halfgeleider (een met positieve ladingsdragers) naar een n-type (een met negatieve ladingsdragers).

De materialen zijn niet bijzonder stabiel in de omgeving, Koski zegt, maar dat is makkelijk te verhelpen.

"Wat we kunnen doen is het siliciumtelluride oxideren en vervolgens het tellurium afbakken, een laag siliciumoxide achterlatend, "zei ze. "Die coating beschermt het en het blijft behoorlijk stabiel."

Vanaf hier, Koski en haar team zijn van plan om de elektronische en optische eigenschappen van het materiaal te blijven testen. Ze worden aangemoedigd door wat ze tot nu toe hebben gezien.

"We denken dat dit een goede kandidaat is om de eigenschappen van 2D-materialen op het gebied van elektronica te brengen, ' zei Koski.