研究人员开发了一种“连接”石墨烯纳米带(GNR)的方法，石墨烯纳米带是一类一维材料，对微电子器件的缩放感兴趣。使用基于直写扫描隧道显微镜 (STM) 的工艺，在单个 GNR 上制造纳米级金属触点，并且可以控制 GNR 的电子特性。研究人员表示，这是首次证明能够确定地与特定 GNR 形成金属接触，并且这些接触会诱导晶体管功能所需的器件功能。
这项研究的结果由电气与计算机工程 (ECE) 教授 Joseph Lyding、ECE 研究生 Pin-Chiao Huang 和材料科学与工程研究生 Hongye Sun 领导，最近发表在《ACS Nano》杂志上。
“石墨烯已经存在了一段时间，人们认为它有可能成为一种高速电子材料，甚至可能取代硅，”Lyding 解释道。“但石墨烯本身的问题在于它不是半导体。” 石墨烯是一层单原子厚的碳原子层，虽然它可能是已知最薄的材料，但它也非常坚固。通过将石墨烯做得非常小或将其加工成特定的形状(如带状)，可以在石墨烯中诱导出半导体特性。在这个项目中，合著者 Alexander Sinitskii 和他在内布拉斯加大学的团队合成了原子级精确的 GNR。
用 GNR 制造晶体管的过程包括将它们放在硅基板上、连接电线并通过电线流过电流以测量晶体管特性。该团队已经迈出了关键的一步，将 GNR 的直径比 DNA 分子的直径还窄，并将它们连接起来。他们开发了一种技术，其中的电线也只有几纳米宽。
其他研究人员通过在硅表面放置许多 GNR 并放置巨型电极来解决这个问题，并希望能取得最好的结果。然而，这种方法引入了很多不确定性。Lyding 和他的学生使用了一种更精确的方法来连接 GNR。他们使用扫描隧道显微镜(一种原子分辨率成像工具)扫描表面，寻找可以使用的 GNR。在 STM 中，将尖锐的尖端靠近表面(纳米级)并扫描整个表面。尖端和表面之间存在电流，当尖端遇到表面上的原子时(例如在减速带上行驶)，电流就会受到调制。这允许 GNR 的检测和成像。
一旦找到 GNR，他们就会使用 STM 中的电子束触发二硼化铪前驱体分子的金属沉积，从而形成导线。合著者 Gregory Girolami 和他在 UIUC 化学系的团队合成了这个过程的前体，称为 STM 直接写入。“我们的接线方法非常精确。当我们看到 GNR 时，我们可以定义一个我们想要的模式，然后我们将它连接起来。这不仅仅是盲目地将电极扔在表面上，”黄说。
这种方法的另一个优点是它是在超高真空 (UHV) 中完成的。这可确保材料保持清洁，免受大气中的水和其他降低设备性能的“垃圾”的影响。
研究人员还研究了 GNR 的电子特性，发现通过放置金属触点可以改变电子特性。半导体“掺杂”是有意引入杂质以改变其电子特性。Sun 解释说：“掺杂 GNR 的一种方法是使用不同的化学反应来改变 GNR 的特性。但这个过程是艰难的。我们的方法是沉积金属。我们实际上可以选择要放在 GNR 上的金属种类，这也可以调整 GNR 特性。这是本质上掺杂我们的 GNR 的一种方法，而无需实际使用掺杂剂。”
Lyding 说：“我们现在正在努力的下一步是制造一个真正的晶体管并实际测量晶体管的特性。但我们知道，我们可以利用超高真空进行这种原始工艺，来制造设备功能所必需的电极。”
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！