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Posted in | Nanoelectronics | Graphene

Neue Methoden-Gebrauchs-Wassermoleküle für JustagenBand Gap in Graphene

Published on October 27, 2010 at 3:55 AM

Forscher am Rensselaer Polytechnic Institute entwickelten eine neue Methode für die Anwendung des Wassers, um den Bandabstand des Nanomaterial graphene zu justieren und öffneten die Klappe zu den neuen graphene-basierten Transistoren und zum nanoelectronics.

Indem sie einen graphene Film Feuchtigkeit aussetzten, waren Rensselaer Professor Nikhil Koratkar und sein Forschungsteam in der Lage, einen Bandabstand im graphene zu erstellen - eine kritische Voraussetzung zum Herstellen von graphene Transistoren. Im Herzen der modernen Elektronik sind Transistoren Einheiten, die geschaltetes "ON" oder "OFF" sein können, zum eines elektrischen Signals zu ändern. Computermikroprozessoren werden von den Millionen Transistoren enthalten, die vom materiellen Halbleitersilikon hergestellt werden, für das die Industrie aktiv einen Nachfolger sucht.

In diesem optischen Mikrographbild wird ein graphene Film auf einer Siliciumdioxidsubstratfläche elektrisch unter Verwendung eines Vierpunkt Fühlers geprüft.

Graphene, ein Atom-starkes Blatt von den Kohlenstoffatomen, die wie ein nanoscale Kettengliedzaun angeordnet werden, hat keinen Bandabstand. Koratkars Team demonstriert, wie man einen Bandabstand im graphene öffnet, das auf der Menge des Wassers basiert, das, sie zu einer Seite des Materials adsorbierten und genau den Bandabstand zu irgendeinem Wert von 0 bis 0,2 Elektronvolt justiert. Dieser Effekt war völlig umschaltbar und der Bandabstand, der zurück zu null unter Vakuum verringert wurde. Die Technik bezieht keine schwierige Technik oder Modifikation des graphene mit ein, aber benötigt ein Gehäuse, in dem Feuchtigkeit genau esteuert sein kann.

„Graphene ist für seine eindeutigen und attraktiven mechanischen Eigenschaften taxiert. Aber, wenn Sie einen Transistor unter Verwendung des graphene aufbauen sollten, würde es einfach nicht, wie graphene wie ein Halbmetall wirkt und nullbandabstand hat,“ sagte Koratkar, einen Professor in der Abteilung der Mechanischen, Luftfahrt- und KernTechnik bei Rensselaer funktionieren. „In dieser Studie, demonstrierten wir eine verhältnismäßig einfache Methode für das Geben graphene eines Bandabstandes. Dieses konnte die Klappe zur Anwendung von graphene für eine neue Generation von Transistoren, von Dioden, von nanoelectronics, von nanophotonics und von anderen Anwendungen öffnen.“

Ergebnisse der Studie wurden im Papier„Melodischen Bandabstand in Graphene durch das Esteuerte Adsorbtion von Wassermolekülen einzeln aufgeführt,“ diese Woche veröffentlicht durch den Kleinen Zapfen.

Im Naturzustand, hat graphene eine eigenartige Zelle aber keinen Bandabstand. Es benimmt sich als Metall und bekannt als guter Leiter. Dieses wird mit Gummi oder dem meisten Plastik verglichen, die Isolatoren sind und nicht Strom leiten. Isolatoren haben einen großen Bandabstand - einen Energieabstand zwischen der Wertigkeit und den Leitungsbändern - die verhindert, dass Elektronen frei in das Material leiten.

Zwischen den zwei sind Halbleiter, die als Leiter und Isolator arbeiten können. Halbleiter haben einen Schmalbandabstand, und Anwendung eines elektrischen Bereichs kann Elektronen erregen, um über den Abstand zu springen. Die Fähigkeit, zwischen die zwei Zustände schnell zu schalten - "ON" und "OFF" - ist, warum Halbleiter in der Mikroelektronik so wertvoll sind.

„Im Herzen jedes möglichen Halbleiterbauelements ist ein Material mit einem Bandabstand,“ sagte Koratkar. „Wenn Sie die Chips und die Mikroprozessoren in den heutigen Handys, in den tragbaren Geräten und in den Computern betrachten, enthält jedes eine Vielzahl Transistoren, die von den Halbleitern mit Bandabständen hergestellt werden. Graphene ist ein nullbandabstandsmaterial, das sein Hilfsprogramm begrenzt. So ist es kritisch, Methoden zu entwickeln, um einen Bandabstand im graphene zu verursachen, um es ein relevantes Halbleitermaterial zu machen.“

Die Symmetrie der Gitterzelle der graphenes ist wie ein Grund für den Mangel des Materials an Bandabstand gekennzeichnet worden. Koratkar erforschte die Idee des Brechens dieser Symmetrie, indem er Moleküle zu nur einer Seite des graphene band. Um dies zu tun, fabrizierte er graphene auf einer Oberfläche des Silikons und des Siliciumdioxids und setzte dann das graphene einer Umweltkammer mit esteuerter Feuchtigkeit aus. In der Kammer Wassermoleküle adsorbiert zur freigelegten Seite des graphene, aber nicht auf der Seiteneinfassung das Siliciumdioxid. Wenn die Symmetrie gebrochen ist, tat der Bandabstand von graphene, tatsächlich erschließen, sagte Koratkar. Zum Effekt Auch beitragen ist die Feuchtigkeit, die auf Defekte in der Siliciumdioxidsubstratfläche einwirkt.

„Andere haben gezeigt, wie man einen Bandabstand im graphene erstellt, indem sie verschiedene Gase zu seiner Oberfläche adsorbierten, aber dieses ist, das erste mal sie mit Wasser erfolgt worden ist,“ er sagte. „Der Vorteil der Wasseraufnahme, verglichen mit Gasen, ist, dass zu steuern billig, ungiftig, und viel ist einfacher, in einer Chip-Anwendung. Zum Beispiel mit Fortschritten in mikro-Verpackentechnologien ist er verhältnismäßig Geradeaus, ein kleines Gehäuse um bestimmte Teile oder die Ganzheit zu konstruieren aus einem Computer-Chip, in dem es ziemlich einfach sein würde, das Niveau der Feuchtigkeit zu steuern.“

Basiert auf der Feuchtigkeitsstufe im Gehäuse, konnten Chip-Hersteller den Bandabstand von graphene zu irgendeinem Wert von 0 bis 0,2 Elektronvolt umkehrbar justieren, sagte Korarkar.

Quelle: http://www.rpi.edu/

Last Update: 11. January 2012 20:39

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