Pesquisadores de ferro “fora” do grafeno rugas

a Partir de um elétron do ponto de vista, o grafeno tem de ser uma de arrepiar os cabelos passeio de emoção. Por anos, os cientistas observaram que os elétrons podem blitz através de grafeno em velocidades se aproximam da velocidade da luz, muito mais rápido do que eles podem viajar através de silício e outros materiais semicondutor.

Grafeno, portanto, tem sido apontado como um promissor sucessor do silício, com potencial para permitir mais rápido, mais eficiente eletrônicos e fotônicos de dispositivos.

Mas de produção primitivo de grafeno — uma única, perfeitamente lisa, ultrathin folha de átomos de carbono, precisamente alinhadas e ligadas como rede enrolada — é extremamente difícil. Convencional de processos de fabricação, muitas vezes, gerar rugas, o que pode atrapalhar um elétron do trem-bala a viagem, limitando significativamente o grafeno elétrico de desempenho.

Agora, os engenheiros do MIT descobriram uma maneira de fazer grafeno com menos rugas, e para resolver as rugas que aparecem. Após a fabricação e, em seguida, achatando o grafeno, os pesquisadores testaram a sua condutividade elétrica. Eles descobriram que cada wafer exibiu desempenho uniforme, o que significa que os elétrons fluiu livremente em cada bolacha, em velocidades semelhantes, mesmo entre anteriormente enrugada regiões.

Em um artigo publicado hoje em o Procedimentos da Academia Nacional de Ciências, os investigadores relatam que suas técnicas de produzir com êxito wafer-escala “de um único domínio” o grafeno — único camadas de grafeno que são uniformes em ambos arranjo atômico e eletrônico do desempenho.

“Para o grafeno para jogar como um dos principais semicondutores para a indústria, tem de ser de domínio único, de modo que, se você faz milhões de dispositivos, o desempenho dos dispositivos é o mesmo em qualquer local”, diz Jeehwan Kim, a Classe de 1947 Desenvolvimento de Carreira de Professor Assistente nos departamentos de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais e Engenharia do MIT. “Agora nós podemos realmente produzir um único domínio de grafeno em bolacha de escala.”

Kim co-autores incluem Sanghoon Bae, Samuel Cruz, e Yunjo Kim do MIT, juntamente com os pesquisadores da IBM, Universidade da Califórnia, em Los Angeles, e da Universidade Nacional Kyungpook, na Coreia do Sul.

Uma colcha de retalhos de rugas

A maneira mais comum de fazer grafeno envolve a deposição de vapor químico, ou CVD, um processo no qual os átomos de carbono são depositados sobre um substrato cristalino, como a folha de cobre. Uma vez que a folha de cobre é revestido uniformemente com uma única camada de átomos de carbono, os cientistas submergir a coisa inteira em ácido para a etch de distância o cobre. O que resta é uma única folha de grafeno, que os investigadores, em seguida, puxe para fora a partir do ácido.

O processo CVD pode produzir relativamente grande, macroscropic rugas no grafeno, devido à rugosidade da base subjacente de cobre em si e o processo de puxar o grafeno fora do ácido. O alinhamento dos átomos de carbono não é uniforme em todo o grafeno, criando um “diamante” estado em que o grafeno é semelhante a uma desigual, retalhos de terreno, prevenção de elétrons fluindo no uniforme taxas.

Em 2013, enquanto trabalhava na IBM, Kim e seus colegas desenvolveram um método para fabricar placas único-cristalino de grafeno, em que a orientação dos átomos de carbono é exatamente o mesmo ao longo de uma bolacha.

ao Invés de usar CVD, sua equipe produzido único-cristalino de grafeno de um carboneto de silício de wafer com um atomicamente superfície lisa, ainda que com pequenas, passo-como rugas na ordem de alguns nanômetros. Eles então usaram uma fina folha de níquel para descascar a superior de grafeno de carboneto de silício de wafer, em um processo chamado de camada-resolvido grafeno de transferência.

Engomadoria encargos

Em seu novo papel, Kim e seus colegas descobriram que a camada-resolvido grafeno transferência de ferros os passos e pequenas rugas em carboneto de silício-fabricados de grafeno. Antes de transferir a camada de grafeno sobre um wafer de silício, a equipe de oxidação do silício, criando uma camada de dióxido de silício que, naturalmente, exposições de cargas eletrostáticas. Quando os pesquisadores, então, depositado o grafeno, o dióxido de silício, efetivamente, puxou o grafeno é átomos de carbono para baixo sobre o wafer, achatando suas etapas e rugas.

Kim diz que esta de engomadoria método não funciona no CVD-fabricados de grafeno, como as rugas gerado através de DCV são muito maiores, na ordem de alguns microns.

“O CVD processo cria rugas que são demasiado elevados para serem resolvidas,” Kim notas. “Para carboneto de silício de grafeno, as rugas são apenas alguns nanômetros de alta, curta o suficiente para ser achatada.”

Para testar se o achatada, único cristalina grafeno bolachas eram de domínio único, os pesquisadores fabricados minúsculos transistores em vários sites sobre cada bolacha, incluindo toda anteriormente enrugada regiões.

“Nós medido elétron de mobilidade em todo o obreias, e o seu desempenho foi comparáveis”, diz Kim. “Além do mais, esta mobilidade no passadas grafeno é duas vezes mais rápido. Então, agora, nós realmente temos um único domínio de grafeno, e a sua qualidade elétrica é muito maior [do que o grafeno-anexado carboneto de silício].”

Kim diz que, enquanto ainda há desafios para a adaptação de grafeno, para utilização em electrónica, os resultados do grupo dão aos pesquisadores um esquema para a forma confiável fabricação de águas cristalinas e de domínio único, livre de rugas grafeno em bolacha de escala.

“Se você quer fazer qualquer dispositivo eletrônico usando o grafeno, você precisa trabalhar com um único domínio de grafeno”, diz Kim. “Ainda há um longo caminho a percorrer para tornar o funcionamento de um transistor de grafeno. Mas agora podemos mostrar para a comunidade orientações de como você pode fazer a única cristalina, de um único domínio de grafeno.”