Nyt grafen -nanomesh kan ændre fremtidens elektronik

(PhysOrg.com) - Graphene, et et-atom-tykt lag af et kulstofgitter med en bikagestruktur, har et stort potentiale for brug i radioer, computere, telefoner og andre elektroniske enheder. Men applikationer er blevet dæmpet, fordi det halvmetalliske grafen, som har et nulbåndsgab, fungerer ikke effektivt som en halvleder til at forstærke eller skifte elektroniske signaler.

Mens skæring af grafenark i nanoskala -bånd kan åbne op for et større båndgab og forbedre funktionen, 'nanoribbon' -enheder har ofte begrænsede kørestrømme, og praktiske anordninger ville kræve produktion af tætte arrays af bestilte nanoribbons - en proces, der hidtil ikke er opnået eller klart konceptualiseret.

Men Yu Huang, professor i materialevidenskab og teknik ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, og hendes forskerhold, i samarbejde med UCLA kemiprofessor Xiangfeng Duan, kan have fundet en ny løsning på grafens udfordringer.

I forskning, der skal offentliggøres i marts -udgaven af Naturnanoteknologi (i øjeblikket tilgængelig online), Huangs team afslører oprettelsen af ​​en ny grafen -nanostruktur kaldet grafen -nanomesh, eller GNM. Den nye struktur er i stand til at åbne et båndgab i et stort ark grafen for at skabe en meget ensartet, kontinuerlig halvleder tynd film, der kan behandles ved hjælp af standard plane halvlederbehandlingsmetoder.

"Nanomeshes fremstilles ved at stanse et array med høj densitet af nanoskalahuller i et enkelt eller et par lag grafen ved hjælp af en selvsamlet blokcopolymer tynd film som maskeskabelonen, "sagde Huang.

Nanomesh kan have variable periodiciteter, defineret som afstanden mellem centrene i to nabohuller i nærheden. Halsbredder, den korteste afstand mellem kanterne på to nabohuller, kan være så lavt som 5 nanometer.

Denne evne til at kontrollere nanomesh -periodicitet og nakkebredde er meget vigtig for styring af elektroniske egenskaber, fordi ladningstransportegenskaber er stærkt afhængige af bredden og antallet af kritiske strømveje.

Ved at bruge sådan nanomesh som den halvledende kanal, Huang og hendes team har demonstreret rumtemperatur-transistorer, der kan understøtte strømme, der er næsten 100 gange større end individuelle grafen-nanoribbon-enheder, men med et sammenligneligt on-off-forhold. Tænd / sluk-forholdet er forholdet mellem strømme, når en enhed tændes eller slukkes. Dette afslører normalt, hvor effektivt en transistor kan slukkes og tændes.

Forskerne har også vist, at on-off-forholdet kan indstilles ved at variere nakkebredden.

"GNM'er kan løse mange af de kritiske udfordringer, som grafen står over for, samt omgå de mest udfordrende montageproblemer, "Sagde Huang." I forbindelse med de seneste fremskridt inden for væksten af ​​grafen over et stort arealunderlag, dette koncept har potentiale til at muliggøre en ensartet, kontinuerlig halvledende nanomesh tynd film, der kan bruges til at fremstille integrerede enheder og kredsløb med ønsket enhedsstørrelse og drivstrøm.

"Begrebet GNM peger derfor på en klar vej til praktisk anvendelse af grafen som et halvledermateriale til fremtidig elektronik. GNM'ernes unikke strukturelle og elektroniske egenskaber kan også åbne spændende muligheder for meget følsomme biosensorer og en ny generation af spintronics , fra magnetisk registrering til lagring, " hun sagde.