Предложен новый подход к созданию полупроводникового графена

В соревновании разных подходов, которые позволили бы создать ультратонкие, прозрачные и гибкие электронные устройства на основе графена (одного из самых проводящих материалов), появился новый претендент на чемпионское звание.

Учёные из Корнеллского университета (США) разработали легко масштабируемый процесс, позволяющий пришивать моноатомные области (или ленты) изолирующего нитрида бора к графену, что открывает путь к созданию интегрированных схем толщиной в несколько атомов.

Новый метод позволяет получать гибридный материал, в котором области графена и нитрида бора не просто расположены «очень близко», но образуют область гетероперехода. (Иллюстрация Yan Liang / Cornell University.)

Графен — моноатомный слой, в котором атомы углерода образуют одномерную гексагональную решётку, — назойливо продвигается в качестве возможной замены кремнию в электронных устройствах будущего, несмотря на то что сам является проводником и лишён даже такого понятия, как «запрещённая зона». В результате основной проблемой использования графена вместо кремния становится контроль потока движущихся сквозь материал электронов. Материал «модный», а потому очень многие научные группы взялись за поиск рациональных путей создания гибридных графеновых структур, которые хоть сколько-нибудь устроили бы электронику. Соревнования в самом разгаре, до финиша очень далеко, а потому всегда найдётся место для нового претендента на победу (о тех, кто не стал бежать за толпой и модой, а пошёл рациональным путём, читайте, например, здесь и здесь).

Исследователи из Корнеллского университета представили процесс, который позволяет сшивать графен с моноатомными областями нитрида бора (существующего также в гексагональной решётке), приводя к формированию двумерного гибридного материала с комплементарными свойствами. Новая технология заключается в выращивании плёнки графена на медном субстрате с последующим травлением паттерна методом стандартной фотолитографии. Нитрид бора наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы только на области травления: это стало возможным благодаря тому, что чистая медь катализирует рост BN. В результате можно наблюдать, как разные области на одном субстрате буквально сшиваются друг с другом, образуя механически стабильные атомные плёнки. А это, в свою очередь, означает, что разные участки не просто «очень близко» расположены, но образуют область гетероперехода (heterojunction — область интерфейса между двумя материалами с различными электронными свойствами, которая может использоваться в качестве строительного блока во многих электронных полупроводниковых устройствах, включая транзисторы, солнечные батареи и электронные схемы).

Авторы работы полагают, что многократное повторение этого процесса позволит создавать более сложные трёхмерные структуры и схемы.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.