 Графен, материал атомной толщины с необычными свойствами, является перспективным кандидатом для следующего поколения более быстрой и энергоэффективной электроники. Тем не менее, ученые боролись над тем, чтобы изготовить материал в виде ультра-узких полос, называемых нанолентами, которые позволили бы использовать графен в высокопроизводительной полупроводниковой электронике.
Инженеры университета Висконсин-Мэдисон обнаружили способ выращивания графеновых нанолент с желаемыми свойствами полупроводников непосредственно на обычном германиевой полупроводниковой пластине. Это достижение может позволить производителям легко использовать графеновые наноленты в гибридных интегральных схемах, что позволит значительно повысить производительность электронных устройств следующего поколения. Технология также может специально использоваться в промышленных и военных приложениях, таких как датчики, которые обнаруживают специфические химические и биологические виды и фотонные устройства, которые манипулируют свет.
Важно отметить, что их техника легко может быть расширена для массового производства и совместима с преобладающей инфраструктурой, используемой в полупроводниковой обработке. Графеновые наноленты, которые могут быть выращены непосредственно на поверхности такого полупроводника, как германий, более совместимы с плоской обработкой, которая используется в полупроводниковой промышленности, а также снизит барьеры для интеграции этих действительно отличных материалов в электронике в будущем.
Графен проводит электричество и рассеивает тепло более эффективно, чем кремний - материал, наиболее часто встречающиеся в современных компьютерных чипах. Но для использования замечательных электронных свойств графена в полупроводниковых приложениях, где ток должен быть включен и выключен, графеновые наноленты должны иметь толщину меньше 10 нанометров. Кроме того, наноленты должны иметь гладкие, хорошо определенные края, в котором углерод-углеродные связи параллельны длине ленты.
Исследователи, как правило, изготавливают наноленты с помощью литографических методов, чтобы сократить большие листы графена в ленты. Тем не менее, этот подход к изготовлению «сверху вниз» не имеет достаточной точности и производит наноленты с очень грубыми краями.
Другой стратегией для изготовления наноленты является использование подхода «снизу-вверх», такого как органический синтез, где молекулярные предшественники реагируют на поверхности для полимеризации нанолент. С помощью такого метода можно производить красивые наноленты с точными, ровными краями, но этот метод работает только на металлических подложках и в результате наноленты, таким образом, становятся слишком короткими для использования в электронике.
Чтобы преодолеть эти препятствия, исследователи впервые применили технику «снизу вверх», в которой они вырастили ультра-узкие наноленты с гладкими, ровными краями непосредственно на германиевых подложках с использованием процесса, называемого химическим осаждением из паровой фазы. В этом процессе, исследователи начинают с метана, который адсорбируется на поверхности германия и разлагается с образованием различных углеводородов. Эти углеводороды реагируют друг с другом на поверхности, где они образуют графен.
Ученые сделали свое открытие, когда они резко замедлили темпы роста кристаллов графена за счет уменьшения количества метана в камере осаждения из газовой фазы. Они обнаружили, что при очень медленной скорости роста, кристаллы графена растут в длинные наноленты на определенной кристаллической грани германия. Посредством простого регулирования скорости роста и времени роста, исследователи могут легко настроить ширину наноленты менее, чем 10 нм.
Они обнаружили, что, когда графен растет на германии, он, естественно, образует наноленты с очень гладкими краями. Ширина может быть очень узкой и длина ленты может быть очень высокой, так что все желательные характеристики в графеновых нанолентах автоматически возникают при использовании этого метода.
|
