Forskere former fremtiden for nanoelektronik

Fremtiden for nanoelektronik er her. Et team af forskere fra Air Force Research Laboratory, Colorado School of Mines, og Argonne National Laboratory i Illinois har udviklet en ny metode til syntese af et kompositmateriale, der har potentialet til i høj grad at forbedre den elektronik, der bruges af luftvåbnet.

Materialet, sekskantet bornitrid (hBN), ligner grafen og kan dannes og stabiliseres til en lagtykkelse på et atom. Denne syntese af hBN på en kontrolleret lag-for-lag måde er afgørende for en række applikationer, herunder tunnelbarrierer, bruges i transistorer til laveffektenheder, atomisk tynde kondensatorer, og todimensionelle (2D) transistorer, som er mindre og bruger meget mindre strøm end traditionelle siliciumtransistorer.

"At fremstille enheder fra atomisk tynde 2D-lag repræsenterer fremtiden for nanoelektronik, " siger Dr. Michael Snure, AFRL senior forskningsfysiker. "Denne udvikling øger enhedens tæthed markant, forbedre fleksibiliteten og væsentligt reducere strømbehovet."

Som et 2D-materiale, hBN har været af international interesse i næsten et årti. Forskere med AFRL's Sensors Directorate har arbejdet på eksperimentelle metoder til at udvikle denne teknologi siden 2013, med Dr. Snure i spidsen for indsatsen. Dr. Stefan Badescu, AFRL forskningsfysiker, sluttede sig til teamet i 2015 for at lede den beregningsmæssige modelleringsforskning, der har hjulpet teamet med at forstå systemets egenskaber og mekanismen for vækst.

Så hvordan er et kompositmateriale beregnet til brug i elektronik skaleret ned til tykkelsen af ​​et rent atom? Gennem en ny og kompleks syntesemetode, selvfølgelig. Ved at bruge en proces, der involverer metal-organisk kemisk dampdisponering, holdet opdagede, hvordan man kontrollerer væksten af ​​hBN-lag på nanoskala.

hBN fra AFRL's arbejde bliver i øjeblikket brugt i udviklingen af ​​prototype 2D elektroniske enheder, herunder transistorer og fotodetektorer. Imidlertid, virkningen af ​​denne udvikling rækker længere.

"Ved at udvikle en model for vækst, vores arbejde gavner mere bredt inden for materialevidenskab inden for områderne tyndfilmvækst og kemisk dampdisponering, " afspejler Badescu. "Denne modellering vil hjælpe med at drive nye opdagelser i syntesen af ​​2D-materialer."

Badescu tilføjer, at fremtidige anvendelser af hBN inkluderer transistorer til switching og logiske enheder, der er fleksible, gennemsigtig, lav strøm, og høj frekvens. De næste trin er at demonstrere gennemførligheden af ​​at integrere hBN med andre 2D-halvledere, herunder grafen og phosphoren.

Holdets arbejde blev offentliggjort i et papir af Nano bogstaver , et videnskabeligt tidsskrift fra American Chemical Society, og teamet overvejer at ansøge om patent på teknologien og syntesemetoden i afventning af succesfulde fremtidige eksperimenter med hBN og metalkombinationer.