Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanoelectronics | Graphene

Nieuwe methode voor Water moleculen voor Tuning Band Gap in Grafeen

Published on October 27, 2010 at 3:55 AM

Onderzoekers aan het Rensselaer Polytechnic Institute een nieuwe methode ontwikkeld voor het gebruik van water om de band gap van het nanomateriaal grafeen af ​​te stemmen, het openen van de deur naar nieuwe grafeen-gebaseerde transistors en nano-elektronica.

Door het blootstellen van een grafeen film aan vocht, Rensselaer professor Nikhil Koratkar en zijn onderzoeksteam in staat waren om een ​​band gap in grafeen te maken - een essentiële voorwaarde voor het creëren van grafeen transistors. In het hart van de moderne elektronica, transistors zijn apparaten die kunnen worden ingeschakeld "aan" of "off" naar een elektrisch signaal te veranderen. Computer microprocessors bestaan ​​uit miljoenen transistors gemaakt van het halfgeleidermateriaal silicium, waarvoor de industrie is actief op zoek naar een opvolger.

In deze optische microfoto beeld, is een grafeen film op een siliciumdioxide substraat elektrisch getest met behulp van een vier-punts sonde.

Grafeen, een atoom dik blad van koolstofatomen gerangschikt als een nanoschaal ketting-link hek, heeft geen band gap. Koratkar team aangetoond hoe je een band gap in grafeen op basis van de hoeveelheid water die ze geadsorbeerd aan de ene kant van het materiaal te openen, juist afstemmen van de band gap op een waarde 0 tot 0,2 elektronvolt. Dit effect werd volledig omkeerbaar en de band gap teruggebracht terug naar nul onder vacuüm. De techniek brengt geen ingewikkelde techniek of wijziging van het grafeen, maar vereist een afgesloten ruimte waar de vochtigheid nauwkeurig kan worden gecontroleerd.

"Grafeen wordt geroemd om zijn unieke en aantrekkelijke mechanische eigenschappen. Maar als je een transistor met behulp van grafeen te bouwen, het gewoon niet zou werken als grafeen gedraagt ​​zich als een semi-metaal en heeft nul band gap", zei Koratkar, een professor in de afdeling Werktuigbouwkunde, Lucht-en ruimtevaart, en Nuclear Engineering bij Rensselaer. "In deze studie hebben we aangetoond dat een relatief eenvoudige methode voor het geven van grafeen een band gap. Dit kan de deur openen voor het gebruik van grafeen voor een nieuwe generatie van de transistors, diodes, nano-elektronica, nanofotonica, en andere toepassingen."

Resultaten van de studie werden beschreven in de nota "afstembare Band gap in grafeen in de Bestrijdingsmiddelenwet adsorptie van watermoleculen," deze week zijn gepubliceerd door het tijdschrift Small.

In zijn natuurlijke staat, grafeen heeft een eigenaardige structuur, maar geen band gap. Het gedraagt ​​zich als een metaal en staat bekend als een goede geleider. Dit wordt vergeleken met rubber of de meeste kunststoffen, die worden isolatoren en niet elektrisch geleidend. Isolatoren hebben een grote band gap - een energie kloof tussen de valentie-en geleiding bands - die elektronen verhindert het uitvoeren van vrij in het materiaal.

Tussen de twee halfgeleiders, die kan functioneren als zowel een dirigent en een isolator. Halfgeleiders hebben een smalle band gap, en de toepassing van een elektrisch veld kan uitlokken elektronen springen over de kloof. De mogelijkheid om snel te schakelen tussen de twee staten - "aan" en "uit" - is de reden waarom halfgeleiders zijn zo waardevol in de micro-elektronica.

"In het hart van een halfgeleider is een materiaal met een band gap," zei Koratkar. "Als je kijkt naar de chips en microprocessoren in de huidige mobiele telefoons, mobiele apparaten en computers, elk bevat een veelheid van transistors gemaakt van halfgeleiders met band gaten. Grafeen is een nul-band gap materialen, die zijn nut beperkt. Dus het is van cruciaal belang het ontwikkelen van methoden om een ​​band gap in grafeen bewegen om het een relevante halfgeleidende materiaal. "

De symmetrie van rooster grafeen structuur is geïdentificeerd als een reden voor het gebrek van het materiaal van de band gap. Koratkar onderzocht het idee van het breken van deze symmetrie door te binden moleculen aan slechts een kant van het grafeen. Om dit te doen, hij gefabriceerd grafeen op een oppervlak van silicium en silicium-dioxide, en vervolgens blootgesteld het grafeen een klimaatkamer met gecontroleerde luchtvochtigheid. In de kamer, watermoleculen geadsorbeerd aan de zichtzijde van het grafeen, maar niet op de kant van het siliciumdioxide. Met de symmetrie gebroken, de band gap van grafeen inderdaad,, open te stellen, Koratkar gezegd. Wat ook bijdraagt ​​aan het effect is het vocht interactie met defecten in het siliciumdioxide substraat.

"Anderen hebben aangetoond hoe je een band gap in grafeen door verschillende gassen adsorberen op het oppervlak te creëren, maar dit is de eerste keer dat het is gedaan met water," zei hij. "Het voordeel van het water adsorptie, ten opzichte van gassen, is dat het is goedkoop, niet giftig, en veel makkelijker te controleren in een chip toepassing. Bijvoorbeeld met de vooruitgang in micro-verpakking technologieën is het relatief eenvoudig om te bouwen een kleine behuizing rond bepaalde delen of het geheel van een computerchip waarin het zou heel gemakkelijk om het niveau van vochtigheid te controleren. "

Op basis van de luchtvochtigheid in de ruimte, chipmakers reversibel kan de band gap van grafeen op een waarde 0 tot 0,2 elektronvolt tune, Korarkar gezegd.

Bron: http://www.rpi.edu/

Last Update: 6. October 2011 01:29

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit