0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

解决高效石墨烯基纳米电子器件制造所面临的最大挑战之一

kus1_iawbs2016 来源:lp 2019-03-08 14:43 次阅读

导读:

近日,丹麦的一支科研团队解决了高效石墨烯基纳米电子器件制造所面临的最大挑战之一。

背景:

石墨烯,是由单层碳原子组成、具有蜂窝状结构的二维材料。

(图片来源:Tatiana Shepeleva/Shutterstock)

近15年来,科学家们一直试图利用“奇迹材料”石墨烯来生产纳米级电子器件。理论上看来,石墨烯应该是非常理想的:它是超薄的 - 只有一个原子厚度,它是二维材料,非常适合传导电流,所有这些特点表明石墨烯是理想的制备未来传输速度更快、体积更小、更节能的电子元件的理想材料,而且另一大优势是制备石墨烯的原料理论上可以无限供应。

理论上,石墨烯可以通过切割微小的图案来完成电子、光子学或传感器等许多不同的任务,因为这从根本上改变了它的量子特性。然而,一个“简单”的任务,已经证明是令人惊讶的困难:在石墨烯上产生一个带隙-这是制造晶体管光电子器件的关键。然而,由于石墨烯只是一个原子厚度,所有的原子都很重要,即使是图案中的微小不规则也会破坏它的性质。

“石墨烯是一种非常棒的材料,我认为它将在制造新的纳米级电子产品中起到至关重要的作用。问题是设计石墨烯的电气特性非常困难,”德国物理学教授PeterBøggild说。

奥尔堡大学石墨烯研究中心成立于2012年,专门研究石墨烯的电性能如何通过极小的尺寸改变其形状来定制。 在实际模拟石墨烯时,来自DTU和奥尔堡的研究团队经历了与全球其他研究人员相同的经历:这是行不通的。

“当使用石墨烯这样的材料设计电路时,是为了以一种可控的方式改变它的特性-与你的设计相匹配。然而,我们多年来所看到的是,我们可以在石墨烯上蚀刻出电路,但不得不引入如此多的缺陷和污染,使它不再表现出石墨烯的优异性能。这有点像制造水管,因为工艺不好,水管内部部分堵住了。从外面,它可能看起来很好,但水不能在其中自由流动。对于电子产品来说,这显然是灾难性的,“PeterBøggild说。

石墨烯光电晶体管(图片来源:Erin Easterling/普渡大学)石墨烯生物传感器芯片(图片来源:加州大学圣迭戈分校 )石墨烯材料的未来应用(图片来源:石墨烯旗舰项目)

创新

近日,丹麦的科学家团队解决了这个问题。成果发表在《自然纳米技术(Nature Nanotechnology)》期刊上。

(图片来源:DTU)

技术

丹麦技术大学物理系的两名博士后 Bjarke Jessen 和 Lene Gammelgaard 首先将石墨烯封装到另外一种二维材料(六方氮化硼)中,六方氮化硼是一种非导电的材料,通常用于保护石墨烯的特性。

接下来,他们采用一项称为“电子束光刻”的技术,仔细地在氮化硼保护层和下面的石墨烯中,刻画出密集的超小洞阵列。这些洞的直径约为20纳米,间距仅为12纳米。可是,洞的边缘的粗糙程度小于1纳米(十亿分之一米)。在如此微小的石墨烯结构中,经过这种结构的电流可比之前报告的成果高千倍。

(图片来源:参考资料【2】)

价值

Peter Bggild 表示:“我们展示了,我们可以控制石墨烯的能带结构,并设计其行为方式。当控制能带结构时,我们可以访问石墨烯所有的特性。而且我们发现,令我们吃惊的是,一些最微妙的量子电子效应在密集的光刻之后还存在,这是非常令人鼓舞的。我们的研究表明,我们可以坐在电脑前设计元件和设备,或者想象出全新的东西,然后回到实验室,在实践中实现它们。“

他继续说道:“在这个尺度上,许多科学家们放弃了在石墨烯中采用纳米光刻技术的尝试,这真是可惜,因为纳米结构化是探索石墨烯电子器件与光子器件最振奋人心的功能的一项关键工具。现在,我们已经搞清楚它是如何实现的;也许可以这么说,魔咒被解除了。虽然还有其他的挑战,但是能调整石墨烯的电子特性,标志着我们朝着创造尺寸极小的新型电子器件迈出了一大步。”

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 晶体管
    +关注

    关注

    77

    文章

    9606

    浏览量

    137631
  • 电子器件
    +关注

    关注

    2

    文章

    582

    浏览量

    32041
  • 石墨烯
    +关注

    关注

    54

    文章

    1540

    浏览量

    79387

原文标题:《Nature》子刊:石墨烯基电子器件研究取得重大突破!

文章出处:【微信号:iawbs2016,微信公众号:宽禁带半导体技术创新联盟】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    石墨技术取得重大突破:能应用于纳米电子元件中

    的方法已经研究出来了,既能应用于半导体制造中,也能进步制成导体。  而现在,石墨纳米带已经能够批量生产并应用在
    发表于 01-15 10:46

    人造皮肤是石墨个应用方向?

    关注了石墨这个材料,感觉真是很好、很强大,现在有发出消息说人造皮肤是石墨个应用的方向
    发表于 01-28 10:23

    新兴产业的发展离不开石墨电池的问世

    。“石墨下游产业大都是中小企业,台透射电子显微镜的价格就在600万元左右,他们心有余而力不足。而且,石墨
    发表于 02-15 08:20

    2017中国(上海)国际石墨技术与应用展览会

    、高端制造、涂料、医疗、电极、电池、晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用,可以说是未来最有前景的先进材料之一,未来的市场空间有望超过万亿。随着现代科技和工业的发展,石墨
    发表于 03-08 09:24

    放下身段、造福大众的石墨产品

    还是看不到有石墨的影子!问题出在哪儿了?石墨由碳原子组成的单原子层平面薄膜,厚度仅为0.34纳米,单层厚度相当于头发丝直径的十五万分
    发表于 07-12 15:54

    2018中国(上海)国际石墨技术与应用展览会

    国内外专家与参会代表前来互动交流,探讨行业发展趋势,分享各自取得的经验成果,石墨展作为中国纳米展的专业展,夯实市场化运作的“中国纳米
    发表于 09-01 13:48

    石墨发热膜应用

    ,穿着者即可自我调节服装内芯至舒适的温度。石墨在发热过程中还高效释放出对人体健康有益的8~15μm波段远红外生命光波,保暖养生体。为人们生活带来更好享受,从此冬季温暖随身、风度温度
    发表于 12-22 17:26

    石墨的基本特性和制备方法

    尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料,旨在应用石墨的研发也在全球范围内急剧增加,美国、韩国,中国等国家的研究尤其活跃。石墨或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触
    发表于 07-29 06:24

    不是只有石墨电池,传感器也需要

    Sinitskii表示,“我们以前也研究过其它碳基材料传感器,如石墨和氧化石墨。使用石墨
    发表于 05-18 06:44

    石墨知识的了解:石墨应用领域及面临挑战

    7月8日,东旭光电在钓鱼台举办了石墨锂离子电池产品发布会,推出了世界首款石墨锂离子移动电
    发表于 12-09 16:16 2978次阅读
    对<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>知识的了解:<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>应用领域及<b class='flag-5'>面临</b>的<b class='flag-5'>挑战</b>

    高性能石墨电子器件的成功研制

    石墨材料具有优良的物理特性和易于与硅技术相结合的特点,被学术界和工业界认为是推进微电子技术进步发展的极具潜力的材料。日前,中国科学院微电子
    发表于 12-09 11:17 770次阅读
    高性能<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b><b class='flag-5'>电子器件</b>的成功研制

    综述 | 石墨在高端电子器件领域研究进展

    随着研究的不断深入和技术的进步,相信不久之后这些问题就会解决,石墨会成为电子器件家族的重要员。
    的头像 发表于 06-04 16:04 9848次阅读
    综述 | <b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>在高端<b class='flag-5'>电子器件</b>领域研究进展

    关于二维/石墨材料及电子器件测试介绍

    纳米材料电学测试方案将在本文中阐述,包括《纳米线/碳纳米管测试方案》、《二维/石墨材料测试方案》。纳米
    发表于 04-03 09:26 3443次阅读
    关于二维/<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>材料及<b class='flag-5'>电子器件</b>测试介绍

    简述石墨纳米结构的原子级精准构造

    纳米结构并研究其奇特的电子学和自旋电子学性质是实现其器件应用的必要前提。 目前,实验构筑锯齿形石墨
    的头像 发表于 06-17 16:22 3513次阅读
    简述<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b><b class='flag-5'>纳米</b>结构的原子级精准构造

    石墨/硅异质集成光电子器件综述

    石墨/硅异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨
    的头像 发表于 04-25 09:11 902次阅读
    <b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>/硅<b class='flag-5'>基</b>异质集成光<b class='flag-5'>电子器件</b>综述