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Méthode de nouvelles molécules utilisent l'eau pour Gap Band Tuning dans le graphène

Published on October 27, 2010 at 3:55 AM

Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute a développé une méthode nouvelle pour l'utilisation de l'eau pour ajuster la largeur de bande du graphène nanomatériaux, ouvrant la porte à de nouveaux transistors à base de graphène et la nanoélectronique.

En exposant un film de graphène à l'humidité, Rensselaer professeur Nikhil Koratkar et son équipe de recherche ont été en mesure de créer une bande interdite dans le graphène - une condition essentielle à la création de transistors graphène. Au cœur de l'électronique moderne, les transistors sont des dispositifs qui peuvent être commutés sur "on" ou "off" pour modifier un signal électrique. Microprocesseurs informatiques sont composées de millions de transistors à base de silicium matériau semi-conducteur, dont l'industrie cherche activement un successeur.

Dans cette image micrographie optique, un film de graphène sur un substrat de dioxyde de silicium est testé électriquement à l'aide d'une sonde à quatre points.

Le graphène, une feuille atome d'épaisseur des atomes de carbone disposés comme une échelle nanométrique clôture grillagée, n'a pas de bande interdite. L'équipe a démontré Koratkar comment ouvrir un gap dans le graphène basée sur la quantité d'eau qu'ils adsorbé sur un côté du matériel, justement tuning la bande à toute valeur de 0 à 0,2 volt électron. Cet effet a été entièrement réversible et la bande réduite à zéro sous vide. La technique n'implique aucune technique compliquée ou la modification du graphène, mais nécessite une enceinte où l'humidité peut être contrôlée avec précision.

"Le graphène est prisé pour son unique et des propriétés mécaniques intéressantes. Mais si vous étiez à construire un transistor utilisant le graphène, il serait tout simplement pas fonctionner comme des actes de graphène comme un métal semi-et a bande à zéro", a déclaré Koratkar, professeur au le ministère de la mécanique, de l'aérospatiale et de génie nucléaire du Rensselaer. «Dans cette étude, nous avons démontré une méthode relativement simple pour donner une bande de graphène. Cela pourrait ouvrir la porte à l'aide de graphène pour une nouvelle génération de transistors, diodes, la nanoélectronique, la nanophotonique, et d'autres applications."

Résultats de l'étude ont été détaillés dans le document «bande accordables dans le graphène par l'adsorption contrôlée des molécules d'eau», publié cette semaine par la revue Small.

Dans son état naturel, le graphène a une structure particulière, mais aucune bande. Il se comporte comme un métal et est connu comme un bon conducteur. Cela se compare à la plupart des plastiques du caoutchouc ou qui sont isolants et ne conduit pas l'électricité. Isolateurs avoir un fossé large bande - un écart d'énergie entre les bandes de valence et de conduction - qui empêche les électrons de mener librement dans le matériau.

Entre les deux sont des semi-conducteurs, qui peuvent fonctionner à la fois comme un conducteur et un isolant. Semi-conducteurs ont une bande étroite, et l'application d'un champ électrique peut provoquer des électrons de sauter à travers l'espace. La capacité de basculer rapidement entre les deux états - «on» et «off» - c'est pourquoi les semi-conducteurs sont si précieux dans la microélectronique.

«Au cœur de tout dispositif semi-conducteur est un matériau avec une bande", a déclaré Koratkar. "Si vous regardez les puces et microprocesseurs dans les téléphones cellulaires d'aujourd'hui, les appareils mobiles et ordinateurs, chacun contient une multitude de transistors à base de semi-conducteurs avec des bandes interdites. Graphène est un matériau bande écart nul, ce qui limite son utilité. Il est donc essentiel de développer des méthodes pour induire une bande interdite dans le graphène pour en faire un matériau semi-conducteurs concernés. "

La symétrie de la structure en treillis de graphène a été identifié comme une raison de l'absence du matériau de la bande. Koratkar exploré l'idée de briser cette symétrie par les molécules se liant à un seul côté du graphène. Pour ce faire, il fabriqué graphène sur une surface de silicium et de dioxyde de silicium, puis exposé le graphène à une chambre environnementale à humidité contrôlée. Dans la chambre, les molécules d'eau adsorbées sur la face exposée du graphène, mais pas sur le côté faisant face au dioxyde de silicium. Avec la symétrie brisée, la bande du graphène n'a, en effet, d'ouvrir, Koratkar dit. Également contribué à l'effet de l'humidité en interaction avec des défauts dans le substrat de dioxyde de silicium.

»D'autres ont montré comment créer une bande interdite dans le graphène en adsorbant différents gaz à sa surface, mais c'est la première fois qu'il a été fait avec de l'eau", at-il dit. "L'avantage d'adsorption d'eau, comparé à gaz, c'est qu'il est peu coûteux, non toxique, et beaucoup plus facile à contrôler dans une application à puce. Par exemple, avec les progrès de la micro-packaging technologies, il est relativement simple de construire un petit enclos autour de certains pièces ou la totalité d'une puce d'ordinateur dans lequel il serait assez facile de contrôler le niveau d'humidité. "

Basé sur le niveau d'humidité dans l'enceinte, les fabricants de puces pourrait réversible syntoniser la bande du graphène à partir de n'importe quelle valeur d'électron-volts 0 et 0,2, Korarkar dit.

Source: http://www.rpi.edu/

Last Update: 3. October 2011 04:48

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