Forskere beviser stabiliteten af ​​vidundermaterialet silicen

Et internationalt hold af forskere har taget et væsentligt skridt i retning af at forstå de grundlæggende egenskaber ved det todimensionelle materiale silicen ved at vise, at det kan forblive stabilt i nærvær af ilt.

I en undersøgelse offentliggjort i dag, 12 august, i IOP Publishings tidsskrift 2D materialer , forskerne har vist, at tykke flerlag af silicen kan isoleres fra modermaterialet silicium og forblive intakte, når de udsættes for luft i mindst 24 timer.

Det er første gang, at en sådan bedrift er opnået og vil give forskere mulighed for yderligere at undersøge materialet og udnytte de egenskaber, der har gjort silicen til et lovende materiale i elektronikindustrien.

Silicen er fremstillet af enkelte bikageformede lag af silicium, der kun er et atom tykt. I øjeblikket, silicen skal fremstilles i et vakuum for at undgå enhver kontakt med ilt, hvilket fuldstændigt kunne ødelægge dannelsen af ​​de enkelte lag.

Silicen skal også "dyrkes" på en overflade, der matcher dens naturlige struktur - sølv er den førende kandidat. For at skabe silicen, en wafer af silicium opvarmes til høje temperaturer, tvinger enkelte siliciumatomer til at fordampe og lande på sølvsubstratet, danner det enkelte lag.

Silicen kan også omdannes fra et 2D-materiale til et 3D-materiale ved at stable flere og flere enkeltlag oven på hinanden. Imidlertid, tidligere forskning har vist, at silicen har selvmordstendenser, og vender altid tilbage til silicium, efterhånden som flere lag tilføjes, fordi en siliciumstruktur er mere stabil.

I denne nye undersøgelse, et internationalt team af forskere baseret i Italien og Frankrig fremstillede multilag af silicen ved hjælp af et sølvsubstrat holdt ved en temperatur på 470 K og en solid siliciumkilde, som blev opvarmet til 1470 K. I alt 43 monolag silicen blev afsat på substratet.

Når først de er fremstillet, forskerne observerede, at der var dannet et meget tyndt lag af oxidation oven på den flerlagede stak af monolag; imidlertid, det blev vist, at dette bevarede stakkens integritet, fungerer som et beskyttende lag.

Stakken af ​​monolag forblev bevaret i mindst 24 timer i fri luft, i hvilken tid forskerne var i stand til at bruge røntgendiffraktion og Raman-spektroskopi til at bekræfte, at materialet faktisk var silicen og ikke almindeligt silicium.

Hovedforfatter af undersøgelsen Paola De Padova, fra Consiglio Nazionale delle Ricerche i Italien, sagde:"Disse resultater er signifikante, da vi har vist, at det er muligt at opnå et siliciumbaseret 2D-materiale, hvilket indtil for et par år siden blev anset for utænkeligt.

"Vores nuværende undersøgelse viser, at flerlags silicen er mere ledende end enkeltlags silicen, og åbner derfor op for muligheden for at bruge det i hele siliciummikroelektronikindustrien. I særdeleshed, vi forestiller os, at materialet bliver brugt som gate i en silicenbaseret MOSFET, som er den mest anvendte transistor i digitale og analoge kredsløb.

"Vi undersøger i øjeblikket muligheden for at dyrke flerlags silicen direkte på halvledersubstrater for at udforske de fælles superledende egenskaber."