De toekomst van nano-elektronica is hier. Een team van onderzoekers van het Air Force Research Laboratory, Colorado School of Mines, en het Argonne National Laboratory in Illinois hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de synthese van een composietmateriaal dat het potentieel heeft om de elektronica die door de luchtmacht wordt gebruikt enorm te verbeteren.

Het materiaal, hexagonaal boornitride (hBN), is vergelijkbaar met grafeen en kan worden gevormd en gestabiliseerd tot een gelaagde dikte van één atoom. Deze synthese van hBN op een gecontroleerde laag-voor-laag manier is van cruciaal belang voor een aantal toepassingen, inclusief tunnelbarrières, gebruikt in transistors voor apparaten met een laag vermogen, atomair dunne condensatoren, en tweedimensionale (2D) transistoren, die kleiner zijn en veel minder stroom verbruiken dan traditionele siliciumtransistors.

"Het vervaardigen van apparaten uit atomair dunne 2D-lagen vertegenwoordigt de toekomst van nano-elektronica, " zegt Dr. Michael Snure, AFRL senior onderzoeksfysicus. "Deze ontwikkeling verhoogt de apparaatdichtheid aanzienlijk, het verbeteren van de flexibiliteit en het aanzienlijk verminderen van de stroombehoefte."

Als een 2D-materiaal, hBN staat al bijna tien jaar internationaal in de belangstelling. Onderzoekers van AFRL's Sensors Directorate werken sinds 2013 aan experimentele methoden om deze technologie te ontwikkelen. met Dr. Snure die de inspanning leidde. Dr. Stefan Badescu, AFRL onderzoeksfysicus, kwam in 2015 bij het team om het computationele modelleringsonderzoek te leiden dat het team heeft geholpen de eigenschappen van het systeem en het groeimechanisme te begrijpen.

Dus hoe wordt een composietmateriaal dat bedoeld is voor gebruik in elektronica, verkleind tot de dikte van slechts een atoom? Door een nieuwe en complexe methode van synthese, natuurlijk. Door gebruik te maken van een proces waarbij sprake is van metaal-organische chemische dampdispositie, het team ontdekte hoe de groei van hBN-lagen op nanoschaal kon worden gecontroleerd.

De hBN uit het werk van AFRL wordt momenteel gebruikt bij de ontwikkeling van prototypen van 2D-elektronica, waaronder transistors en fotodetectoren. Echter, de impact van deze ontwikkeling reikt verder.

"Door een groeimodel te ontwikkelen, ons werk komt meer in het algemeen ten goede aan het gebied van materiaalwetenschap op het gebied van dunnefilmgroei en chemische dampdispositie, " reflecteert Badescu. "Deze modellering zal nieuwe ontdekkingen in de synthese van 2D-materialen helpen stimuleren."

Badescu voegt eraan toe dat toekomstige toepassingen van hBN onder meer transistors voor schakelen en logische apparaten omvatten die flexibel zijn, transparant, laag vermogen, en hoge frequentie. De volgende stappen zijn om de haalbaarheid aan te tonen van de integratie van hBN met andere 2D-halfgeleiders, waaronder grafeen en fosforeen.

Het werk van het team is gepubliceerd in een paper van Nano-letters , een wetenschappelijk tijdschrift van de American Chemical Society, en het team overweegt een patent in te dienen voor de technologie en synthesemethode in afwachting van succesvolle toekomstige experimenten met hBN- en metaalcombinaties.