Hot nikkel skubber grafen:Undersøgelse forenkler fremstilling af halvledende dobbeltlags grafen

(PhysOrg.com) - Ved opvarmning af metal til fremstilling af grafen, Forskere fra Rice University kan varme hjerterne hos højteknologiske elektronikproducenter.

Rice-kemikeren James Tours laboratorium offentliggjorde to artikler i denne måned, der fremmer videnskaben om at lave høj kvalitet, dobbeltlags grafen. De viser, hvordan man dyrker det på et funktionelt substrat ved først at have det diffunderet i et lag nikkel.

Grafen dyrkes almindeligvis på en metalkatalysator, normalt kobber, og skal overføres til et elektrisk isolerende substrat som siliciumdioxid, før det kan bruges i et kredsløb. Overførselsprocessen er besværlig og tidskrævende og kan være lige så frustrerende som at manipulere husholdningsplastfolie, Tour sagde.

De nye processer skitseret i to relaterede ACS Nano papirer viser, at storstilet bilagsgrafen kan dyrkes direkte på en række forskellige isolerende substrater. De eliminerer overførselsprocessen og letter væksten af ​​store ark halvledende grafen klar til inkorporering i mønstrede transistorer, Tour sagde.

"Evnen til at dyrke to -lags grafen direkte på en isolator kan gøre det muligt for producenter af elektroniske enheder at bygge transistorer uden det industrielt belastende trin at placere et ark grafen på et andet, sagde Tour, Rices T.T. og W.F. Chao -stol i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og datalogi.

Graphene, den enkelt-atom-tykke form af kulstof, har været genstand for mange undersøgelser siden dets opdagelse i 2004. Tour's lab er blevet en stor spiller inden for grafenforskning ved i de senere år at udgive artikler om udpakning af nanorør i grafen -nanoribbons, karakteriserer dets elektriske egenskaber gennem litografi, skabe transparente elektroder til berøringsskærme og lave grafen fra en række billige kilder, selv Girl Scout cookies. Alle har til formål at reducere omkostningerne og kompleksiteten ved at lave grafen og bringe det i udbredt anvendelse.

Et enkelt lag grafen, som i atomskala ligner hønsetråd, er et halvmetal og har ingen båndgap; dette gør det uegnet til mange elektroniske applikationer. Men to -lags grafen er en halvleder. Dens egenskaber afhænger af forskydning eller rotation af lagene i forhold til hinanden, og det kan afstemmes ved hjælp af et elektrisk felt påført på tværs af lagene.

De nye processer afhænger af opløseligheden af ​​carbonatomer i varmt nikkel. I en undersøgelse, en gruppe ledet af kandidatstuderende Zhiwei Peng fordampede et lag nikkel på siliciumdioxid og lagde en polymerfilm - kulkilden - ovenpå.

Opvarmning af sandwich til 1, 000 grader Celsius i nærvær af flydende argon og hydrogengas tillod polymeren at diffundere ind i metallet; ved afkøling, grafen dannet på nikkel og på siliciumdioxidoverfladerne. Da nikkel og tilfældig grafen, der dannedes på toppen, blev ætset væk, dobbeltlags -grafen blev efterladt fastgjort til siliciumdioxid -substratet.

I den anden undersøgelse, kandidatstuderende Zheng Yan blandede sandwich. Han toppede et lag siliciumdioxid med en skive af en af ​​en række polymerer og lagde derefter nikkel ovenpå. Igen, under høj temperatur og lavt tryk, bilags grafen dannet mellem siliciumdioxid og nikkel. Eksperimenter med andre stoffer afslørede, at der også ville dannes dobbeltlagsgrafen på sekskantet bornitrid, siliciumnitrid og safir.

"Denne type proces eliminerer behovet for roll-to-roll-overførsel af grafen til et elektronisk substrat, fordi to -lags grafen nu kan dyrkes direkte på substratet af interesse, ”Sagde Tour.

Forfattere af det første papir, "Vækst af dobbeltlagsgrafen på isolerende substrater, "er Yan, Peng, kandidatstuderende Zhengzong Sun, tidligere kandidatstuderende Jun Yao, postdoktorale forskningsassistenter Yu Zhu og Zheng Liu, Tour og Pulickel Ajayan, Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik og materialevidenskab og kemi.

Forfattere af det andet papir, "Direkte vækst af dobbeltlagsgrafen på SiO2 -substrater ved kuldiffusion gennem nikkel, "er Peng, Yan, Sol og tur.