Forskere opretter sub-10-nanometer grafen-nanoribbon-mønstre

Ny forskning ved Rice University viser, hvordan vand gør det praktisk at danne lange grafen -nanoribbons, der er mindre end 10 nanometer brede.

Og det er usandsynligt, at mange af de andre laboratorier i øjeblikket forsøger at udnytte grafens potentiale, et enkelt-atomark kulstof, for mikroelektronik ville være kommet med den teknik, risforskerne fandt, mens de ledte efter noget andet.

Opdagelsen af ​​hovedforfatter Vera Abramova og medforfatter Alexander Slesarev, begge kandidatstuderende i laboratoriet hos Rice -kemikeren James Tour, vises online i denne måned i American Chemical Society journal ACS Nano .

En smule vand adsorberet fra atmosfæren viste sig at fungere som en maske i en proces, der begynder med oprettelsen af ​​mønstre via litografi og slutter med meget lang, meget tynde grafen -nanoribbons. Båndene dannes, hvor der samles vand ved kilen mellem det hævede mønster og grafenoverfladen.

Vanddannelsen kaldes en menisk; den dannes, når overfladespændingen af ​​en væske får den til at krumme. I risprocessen, meniskmasken beskytter et lille bånd af grafen mod at blive ætset væk, når mønsteret fjernes.

Tour sagde, at enhver metode til at danne lange ledninger, der kun var få nanometer brede, skulle fange mikroelektronikproducenternes interesse, når de nærmer sig grænserne for deres evne til at miniaturisere kredsløb. "De kan aldrig drage fordel af de mindste nanoskalaenheder, hvis de ikke kan adressere dem med en nanoskala, "sagde han." Lige nu, producenter kan lave små funktioner, eller lav store funktioner og sæt dem, hvor de vil have dem. Men at have begge dele har været svært. At være i stand til at mønstre en tynd linje lige der, hvor du vil have det, er en stor ting, fordi det giver dig mulighed for at drage fordel af størrelsen på nanoskalaenheder. "

Tour sagde, at vandets tendens til at klæbe til overflader ofte er irriterende, men i dette tilfælde er det vigtigt for processen. "Der er store maskiner, der bruges i elektronikforskning, der ofte opvarmes til hundredvis af grader under ultrahøjt vakuum for at fjerne alt det vand, der klæber til de indvendige overflader, "sagde han." Ellers kommer der altid et lag vand. I vores eksperimenter, vand akkumuleres ved kanten af ​​strukturen og beskytter grafen mod den reaktive ionetsning (RIE). Så i vores tilfælde, at restvand er nøglen til succes.

"Ingen har nogensinde tænkt på dette før, og det var ikke noget, vi tænkte på, "Sagde Tour." Dette var tilfældigt. "

Abramova og Slesarev havde sat sig for at fremstille nanoribbons ved at vende en metode udviklet af et andet rislaboratorium for at lave snævre huller i materialer. Den originale metode udnyttede nogle metals evne til at danne et naturligt oxidlag, der udvider og beskytter materiale lige på kanten af ​​metalmasken. Den nye metode fungerede, men ikke som forventet.

"Vi formodede først, at der var en form for skygge, "Sagde Abramova. Men andre metaller, der ikke ekspanderede så meget, hvis overhovedet viste ingen forskel, det gjorde heller ikke at variere dybden af ​​mønsteret. "Jeg ledte dybest set efter alt, hvad der ville ændre noget."

Det tog to år at udvikle og teste menisksteorien, hvorunder forskerne også bekræftede sit potentiale for at skabe sub-10-nanometer ledninger fra andre slags materialer, herunder platin. De konstruerede også felt-effekt-transistorer for at kontrollere de elektroniske egenskaber for grafen-nanoribbons.

For at være sikker på, at vand faktisk tæller båndene, de forsøgte at eliminere dens virkning ved først at tørre mønstrene ved at opvarme dem under vakuum, og derefter ved at fortrænge vandet med acetone for at fjerne menisken. I begge tilfælde, ingen grafen -nanoribbons blev oprettet.

Forskerne arbejder på at bedre kontrollere nanoribbons bredde, og de håber at forfine nanoribbons kanter, som hjælper med at diktere deres elektroniske egenskaber.

"Med denne undersøgelse, vi fandt ud af, at du ikke har brug for dyre værktøjer for at få disse smalle funktioner, "Tour sagde." Du kan bruge de standardværktøjer, en fab -linje allerede har til at lave funktioner, der er mindre end 10 nanometer. "