硼墨烯-石墨烯異質結構的原子解析度隧道掃描顯微鏡圖片。
納米材料為諸多新興技術奠定了基礎，例如微型、靈巧和透明的電子器件。雖然很多納米材料已經表現出良好的電子性能，但科學家們仍然在尋求整合這些材料的更好方式，以便用於製造性能優異的半導體和電路。
美國西北大學的研究人員利用石墨烯和硼墨烯製造了二維異質結構，向製造基於納米材料的集成電路邁出了重要一步。材料科學與工程學教授Mark Hersam說：「打開智慧型手機內部的集成電路，你會發現許多材料被集成在了一起。然而，很多傳統材料已經達到了極限。通過將硼墨烯和石墨烯等納米材料整合在一起，我們為納米電子學領域開闢了新的可能性。」Hersam和應用物理學博士生Xiaolong Liu等在《科學進展》雜誌發布了相關研究結果。
集成電路通常會包含很多不同的功能材料。得益於材料製造業的不斷進步，電晶體電路的尺寸變得越來越小——它們基本已經縮小到了極限。超薄二維材料是解決這個問題的潛在答案，但是二維材料的集成卻是非常困難的。二維材料只有單原子厚度，如果兩種材料的原子沒有完美排列，集成化就不可能成功。不幸的是，絕大多數二維材料在原子層級上都是不匹配的。這對二維集成電路的應用形成了巨大挑戰。
為了測試兩種材料是否能集成到同一個異質結構中，Hersam等在同一種基材上「培育」了石墨烯和硼墨烯。因為石墨烯的培育溫度較高，研究人員先在基材上培育了石墨烯，然後在基材的其他區域沉積了硼。通過這一操作，研究人員製造出了側界面。由於硼墨烯的包容性較好，兩種材料實現了原子級貼合。
研究人員利用掃描隧道顯微鏡分析了硼墨烯-石墨烯二維異質結構，發現它非常適合用於製造微型電子設備。Hersam說：「結果表明，我們可以由此製造出超高密度設備。」他希望利用類似方法製造出更複雜的二維結構，進而用於電子設備和電路的製造。Hersam團隊已開始著手開發基於硼墨烯的其他異質結構。他說：「在過去的二十年中，新材料為電晶體技術的小型化和性能優化提供了可能性。現在，二維材料有望接過重任。」
科界原創
編譯：雷鑫宇
審稿：alone
責編：張夢
期刊來源：《科學進展》
期刊編號：2375-2548
原文連結：
https://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2019/10/creating-2D-heterostructures-for-future-electronics.html
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