(Phys.org)—Elektronen kunnen bijna zonder weerstand door grafeen bewegen, een eigenschap die grafeen een groot potentieel geeft om silicium te vervangen in de volgende generatie, zeer efficiënte elektronische apparaten. Maar momenteel is het erg moeilijk om de elektronen te controleren die door grafeen bewegen, omdat grafeen geen band gap heeft. wat betekent dat de elektronen geen energiebarrière hoeven te passeren om elektriciteit te geleiden. Als resultaat, de elektronen geleiden altijd, altijd, wat betekent dat deze vorm van grafeen niet kan worden gebruikt om transistors te bouwen omdat het geen "uit"-status heeft. Om de elektronenbeweging in grafeen te regelen en "uit" -toestanden in toekomstige grafeentransistors mogelijk te maken, grafeen heeft een bandafstand nodig die niet nul is - een energiebarrière die kan voorkomen dat elektronen desgewenst elektriciteit geleiden, van grafeen een halfgeleider maken in plaats van een volledige geleider.

In een nieuwe studie, wetenschappers hebben een bandgap in grafeen geopend door beide zijden van dubbellaags grafeen zorgvuldig te doteren op een manier die het creëren van wanorde in de grafeenstructuur voorkomt. Door op deze manier subtiel een bandgap in grafeen te openen, konden de onderzoekers een op grafeen gebaseerde geheugentransistor fabriceren met de hoogste initiële programma / wisstroomverhouding die tot nu toe is gerapporteerd voor een grafeentransistor (34,5 vergeleken met 4), samen met de hoogste aan/uit-verhouding voor een apparaat in zijn soort (76,1 vergeleken met 26), met behoud van de van nature hoge elektronenmobiliteit van grafeen (3100 cm ² /V·s).

De onderzoekers, onder leiding van professor Young Hee Lee aan de Sungkyunkwan University en het Institute for Basic Science in Suwon, Zuid-Korea, hebben hun paper over de nieuwe methode voor het openen van een bandgap in grafeen gepubliceerd in een recent nummer van ACS Nano .

"We hebben met succes een grafeentransistor gedemonstreerd met een hoge aan / uit-verhouding en mobiliteit door chemische methoden en hebben de haalbaarheid ervan aangetoond als een geheugentoepassing met een aanzienlijk verbeterde programma / wisstroomverhouding, " eerste auteur Si Young Lee, aan het Institute for Basic Science en Harvard University, vertelde Phys.org .

Hun methode is gebaseerd op het aanleggen van een verticaal elektrisch veld door het dubbellaagse grafeen, waarvan is aangetoond dat het de symmetrie tussen de twee grafeenlagen verbreekt. Deze modificatie creëert atomaire locaties met verschillende elektrische potentialen, waardoor een bandgap ontstaat. Eerdere studies hebben deze strategie ook gebruikt, waarin het elektrische veld wordt gegenereerd door "dual-side doping" van tegenoverliggende zijden van de dubbellaag met verschillende chemicaliën. Echter, de eerdere resultaten waren beperkt vanwege ineffectieve typen en niveaus van doteermiddelen, die relatief kleine elektrische velden hebben gegenereerd en ook de sterk geordende grafeenstructuur hebben beschadigd.

In de nieuwe studie de onderzoekers tonen aan dat een sleutel tot het verbeteren van deze gebieden de keuze is van benzylviologen (BV) als een elektronendonerende (n-type) doteringsstof op de bodem van het dubbelgelaagde grafeen. De bovenzijde wordt dan eenvoudig gedoteerd met zuurstof en vocht uit de atmosfeer, die fungeren als elektronenzuigende (p-type) doteermiddelen. Omdat de BV-moleculen elektronen afstaan ​​aan de onderste grafeenlaag, de atmosferische doteermiddelen onttrekken de elektronen aan de bovenste grafeenlaag, genereren van een verticaal elektrisch veld.

Omdat een sterker elektrisch veld een grotere bandafstand veroorzaakt, de onderzoekers konden de band gap beheersen door hogere concentraties doteermiddelen te gebruiken. Alle hier gebruikte doteermiddelen worden geabsorbeerd op het oppervlak van het dubbelgelaagde grafeen zonder de grafeenstructuur te beschadigen, wat helpt om de hoge elektronenmobiliteit van grafeen en de bijbehorende hoge "aan" -stroom te behouden.

Om het nut van de band-gap-geopende grafeen aan te tonen, de onderzoekers fabriceerden een transistor met geheugengedrag. Het apparaat wordt geprogrammeerd en gewist door een positieve en negatieve spanning aan te leggen, respectievelijk. De hoge programma/wisstroomverhouding van de transistor komt overeen met een langere retentietijd. Echter, de onderzoekers merken op dat het apparaat nog voor verbetering vatbaar is. Bijvoorbeeld, zijn snelheid kan worden verhoogd. Ook, het gebruik van atmosferische moleculen als doteermiddelen is niet ideaal voor productie op industriële schaal vanwege de lage stabiliteit, dus een duurzamere p-dopingmethode zal nodig zijn.

"Het is noodzakelijk om stabielere en effectievere doteringsmiddelen te ontwikkelen voor hogere apparaatprestaties, Si Young Lee zei. ons apparaat kan worden gerealiseerd op flexibele en transparante substraten voor toekomstige elektronica."

© 2015 Fys.org