Undersøgelse åbner grafen-båndgab

Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) annoncerede en metode til masseproduktion af bor/nitrogen co-dopede grafen nanoblodplader, hvilket førte til fremstillingen af ​​en grafenbaseret felteffekttransistor (FET) med halvledende natur. Dette åbner muligheder for praktisk brug i elektroniske enheder.

Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) forskerhold ledet af prof. Jong-Beom Baek har opdaget en effektiv metode til masseproduktion af bor/nitrogen co-dopede grafen nanoblodplader (BCN-grafen) via en simpel solvoterm reaktion af BBr3/CCl4/N2 i nærværelse af kalium. Dette værk blev udgivet i Angewandte Chemie International Edition som et "meget vigtigt papir".

Siden grafen eksperimentelt blev opdaget i 2004, det har været i fokus for energisk anvendt forskning på grund af dets enestående egenskaber såsom højt specifikt overfladeareal, gode termiske og elektriske ledningsevner, og mange flere ejendomme.

Imidlertid, dens akilleshæl er et forsvindende båndgab til halvlederpåføring. Som resultat, det er ikke egnet til logiske applikationer, fordi enheder ikke kan slukkes. Derfor, grafen skal modificeres for at producere et båndgab, hvis det skal bruges i elektroniske enheder.

Forskellige metoder til fremstilling af grafenbaserede felteffekttransistorer (FET'er) er blevet udnyttet, inklusive dopinggrafen, skræddersy grafen-lignende et nanobånd, og ved at bruge bornitrid som støtte. Blandt metoderne til at kontrollere båndgabet af grafen, dopingmetoder viser de mest lovende med hensyn til gennemførlighed i industriel skala.

Selvom verdens førende forskere har forsøgt at tilføje bor til grafitiske rammer for at åbne dets båndgab til halvlederapplikationer, der har ikke været nogen nævneværdig succes endnu. Da atomstørrelsen af ​​bor (85 pm) er større end kulstofstørrelsen (77 pm), det er vanskeligt at rumme bor i den grafitiske netværksstruktur.

En ny syntetisk protokol udviklet af et forskerhold fra UNIST, et førende koreansk universitet, har afsløret, at bor/nitrogen co-doping kun er mulig, når kulstoftetrachlorid (CCl4) behandles med bortribromid (BBr3) og nitrogen (N2) gas.

For at hjælpe boron-doping ind i grafenstrukturen, forskerholdet brugte nitrogen (70 pm), som er en smule mindre end kulstof og bor. Ideen var meget enkel, men resultatet var overraskende. Parring af to nitrogenatomer og to boratomer kan kompensere for atomstørrelsesmismatchen. Dermed, bor- og nitrogenpar kan let indføres i det grafitiske netværk. Den resulterende BCN-grafen genererer et båndgab for FET'er.

"Selvom ydeevnen af ​​FET ikke er inden for rækkevidden af ​​kommercielle siliciumbaserede halvledere, dette initiativarbejde skulle være beviset på et nyt koncept og et stort spring fremad for at studere grafen med åbning af båndgab, " sagde prof. Jong-Beom Baek.

"Jeg tror på, at dette arbejde er et af de største fremskridt med hensyn til at overveje levedygtigheden af ​​en simpel syntetisk tilgang, " sagde ph.d.-kandidat Sun-Min Jung, den første forfatter til denne artikel.

Prof. Baek forklarer det næste trin:"Nu, Den resterende udfordring er at finjustere et båndgab for at forbedre tænd/sluk-strømforholdet for rigtige enhedsapplikationer."