Klucz grafenowy do rosnącego półprzewodnika 2-D o niezwykłych właściwościach

Anonim

Nowo odkryta metoda wytwarzania materiałów dwuwymiarowych może prowadzić do nowych i niezwykłych właściwości, szczególnie w klasie materiałów zwanych azotkami, mówią naukowcy z Penn State Materials, którzy odkryli ten proces. Ten pierwszy w historii wzrost dwuwymiarowego azotku galu z wykorzystaniem enkapsulacji grafenu może prowadzić do zastosowań w laserach głębokiego ultrafioletu, elektronice następnej generacji i czujnikach.

"Te eksperymentalne wyniki otwierają nowe możliwości badań w materiałach 2D", mówi Joshua Robinson, profesor inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej. "Ta praca koncentruje się na wytwarzaniu azotku galu 2D, który nigdy wcześniej nie był wykonywany."

Wiadomo, że azotek galu w jego trójwymiarowej postaci jest półprzewodnikiem o szerokim zakresie pasma. Półprzewodniki o szerokim zakresie pasma są ważne dla zastosowań o wysokiej częstotliwości i dużej mocy. Przy uprawie w dwuwymiarowej formie azotek galu przekształca się z materiału o szerokim zakresie pasma w materiał z wiązką pasmową, skutecznie potrajając spektrum energii, w którym może pracować, w tym całe widmo ultrafioletowe, widzialne i podczerwone. Ta praca będzie miała szczególny wpływ na urządzenia elektrooptyczne, które manipulują i transmitują światło.

"To nowy sposób myślenia o syntezowaniu materiałów 2D", powiedział doktor Al Balushi, Ph.D. kandydat koadiutowany przez Robinsona i Joan Redwing, profesor nauk materiałowych i inżynierii oraz elektrotechniki. Al Balushi jest głównym autorem artykułu opublikowanego dziś w Internecie (Aug 29) w czasopiśmie Nature Materials zatytułowanym "Dwuwymiarowy azotek galu zrealizowany za pomocą enkapsulacji grafenu".

"Mamy tę paletę naturalnie występujących materiałów 2D" - kontynuował. "Ale aby wyjść poza to, musimy zsyntetyzować materiały, których nie ma w przyrodzie, zazwyczaj nowe systemy materiałów są bardzo niestabilne, ale nasza metoda wzrostu, zwana Migration Enhanced Encapsulated Growth (MEEG), wykorzystuje warstwę grafenu, aby pomóc wzrost i stabilizację solidnej struktury azotku galu 2D. "

Grafen jest hodowany na podłożu z węglika krzemu, który jest technologicznie ważnym substratem szeroko stosowanym w przemyśle do diod LED, radarów i telekomunikacji. Po podgrzaniu krzem na powierzchni ulega rozkładowi i pozostawia powierzchnię bogatą w węgiel, która może się zrekonstruować w grafen. Zaletą wytwarzania grafenu w ten sposób jest to, że interfejs, w którym spotykają się dwa materiały, jest idealnie gładki.

Robinson uważa, że ​​w przypadku dwuwymiarowego azotku galu różnica polega na dodaniu warstwy grafenu. Grafen, warstwa atomów węgla o grubości jednego atomu, znana jest z niezwykłych właściwości elektronicznych i wytrzymałości.

"To klucz" - mówi Robinson. "Jeśli próbujesz hodować te materiały w tradycyjny sposób, na węgliku krzemu, zwykle tworzysz wyspy, które nie rosną w ładnych warstwach na węgliku krzemu".

Kiedy do mieszaniny dodaje się atomy galu, migrują przez grafen i tworzą środkową warstwę kanapki, z grafenem unoszącym się na wierzchu. Po dodaniu atomów azotu zachodzi reakcja chemiczna, która zamienia gal i azot w azotek galu.

"Proces MEEG nie tylko produkuje bardzo cienkie warstwy azotku galu, ale także zmienia strukturę kryształu materiału, co może prowadzić do zupełnie nowych zastosowań w elektronice i optoelektronice", powiedział Redwing.

menu
menu