Ny hurtig syntese udviklet til tolagsgrafen og højtydende transistorer

Forskere ved University of California, Santa Barbara, i samarbejde med Rice University, har for nylig demonstreret en hurtig synteseteknik til store område Bernal (eller AB) stablet dobbeltlags grafenfilm, der kan åbne nye veje for digital elektronik og transparente lederapplikationer.

Opfindelsen omfatter også den første demonstration af en dobbeltlags grafen dobbelt-gate-felt-effekt-transistor (FET), viser rekord ON/OFF transistor switching ratio og carrier mobilitet, der kunne drive fremtidig ultra-lav effekt og billig elektronik.

Grafen er den tyndeste kendte (~0,5 nanometer pr. lag) 2-dimensionelle atomkrystal. Det har tiltrukket bred interesse på grund af dets lovende elektriske og termiske egenskaber og potentielle anvendelser inden for elektronik og fotonik. Imidlertid, mange af disse applikationer er betydeligt begrænset af nulbåndsgabet af grafen, der resulterer i utætte transistorer, der ikke er egnede til digital elektronik.

"Ud over sine atomisk glatte overflader, et betydeligt båndgab på op til ~ 0,25 eV kan åbnes i to -lags grafen ved at skabe en potentiel forskel mellem de to lag, og derved bryde den iboende symmetri, hvis de to lag kan justeres langs en bestemt (Bernal eller AB) orientering" forklarede Kaustav Banerjee, professor i elektro- og computerteknik og direktør for Nanoelectronics Research Lab ved UCSB. "De dobbelte gatede transistorer blev specielt designet til at tillade en sådan potentialforskel at blive etableret mellem lagene gennem en af ​​portene, mens den anden port modulerede bærerne i kanalen, "tilføjede han. Banerjees forskerhold omfatter også UCSB -forskere Wei Liu, Stephan Kraemer, Deblina Sarkar, Hong Li og professor Pulickel Ajayan fra Rice University. Deres undersøgelse blev for nylig offentliggjort i Materialernes kemi .

Grafenfilmene blev dyrket på en deterministisk måde under anvendelse af en konstrueret bifunktionel (Cu:Ni) legeringsoverflade ved en relativt lav temperatur på 920 ° C. Stort område (> 3 tommer x 3 tommer) Bernal (eller AB) stablet tolags grafenvækst blev demonstreret inden for få minutter og med næsten 100 % arealdækning. De to -lags grafenfilm udviste elektronmobilitet så højt som 3450 cm2/(V*s), som kan sammenlignes med eksfolieret tolagsgrafen, derved bekræfter meget høj kvalitet. Kvaliteten af ​​dyrket grafen blev yderligere bekræftet ved demonstration af højtydende FET'er med rekord ON/OFF-forhold, som er et nøglekrav i laveffekt digital elektronik.

"Opnåelse af overfladekatalytisk grafenvæksttilstand og præcis kontrol af overfladekulstofkoncentrationen var nøglefaktorer for den gunstige vækstkinetik for AB -stablet to -lags grafen, " forklarede Wei Liu, en post-doc forsker i Banerjees gruppe og medforfatter til artiklen. I 2011, Banerjees gruppe demonstrerede en monolags grafensyntesemetode med et stort område ved hjælp af et kobbersubstrat som katalysator.

Tolagsgrafen er tæt på monolagsgrafen med hensyn til filmtykkelsen med en sekskantet atomstruktur og kan afledes fra dens lagdelte bulkform (grafit), hvor tilstødende lag holdes sammen af ​​relativt svage van der Waals-kræfter. "Imidlertid, bortset fra dens båndgabstemulighed, bilags grafen har nogle vigtige fordele i forhold til monolags grafen. Det har en højere tæthed af stater og lider meget mindre af grænsefladeeffekter, som er gavnlige til at forbedre den nuværende bæreevne, " fortsatte Liu.

"Denne demonstration er meget imponerende og burde have vidtrækkende konsekvenser for hele 2D-materialesamfundet, "kommenterede professor Ali Javey, fra University of California, Berkeley og meddirektør i Bay Area Photovoltaic Consortium (BAPVC).