在半導體上生長石墨烯納米帶的技術帶來更高效的電子產品

2020-08-28 石墨烯資訊


威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員發現了一種直接在常規鍺半導體晶片上生長具有理想半導體特性的石墨烯納米帶的方法。這一發現可能使製造商能夠在混合集成電路中輕鬆使用石墨烯納米帶，這將大大提高下一代電子設備的性能。

這項技術還可能在工業和軍事應用方面有特殊用途，例如探測特定化學和生物物種的傳感器以及操縱光的光子設備。

技術生產石墨烯帶的製作都是可伸縮的和兼容的基礎設施中使用半導體加工——nanoribbons可以直接種植像鍺半導體表面更兼容平面處理半導體行業中使用,所以會造成更少的障礙在未來將這些材料集成到電子產品。

石墨烯納米帶的寬度必須小於10納米，才能得到最佳利用。此外，納米帶必須有光滑、清晰的「扶手椅」邊緣，其中碳碳鍵與色帶的長度平行。

「自上而下」的製造方法使用光刻技術將更大的石墨烯薄片切割成條帶，這種方法缺乏精度，並產生邊緣粗糙的納米帶，而「自下而上」的製造方法僅適用於金屬基底。

本研究的創新技術是一種自下而上的技術，利用化學氣相沉積技術在鍺晶片上直接生長邊緣光滑、筆直的超窄納米帶。研究人員從甲烷開始，甲烷吸附在鍺表面並分解形成各種碳氫化合物。這些碳氫化合物在表面發生反應，形成石墨烯。

當研究小組通過減少CVD腔內甲烷的含量來顯著減緩石墨烯晶體的生長速度時，他們取得了突破。他們發現，在極慢的生長速度下，石墨烯晶體會自然地在鍺的特定晶體面生長成長長的納米帶。通過簡單地控制生長速度和生長時間，研究人員可以輕鬆地將納米帶寬度調整到10納米以下。

使用這種方法產生的納米帶開始在鍺表面上隨機生長，並在表面上朝向兩個不同的方向。該團隊未來的工作將包括控制色帶開始生長的位置，並使它們朝著相同的方向排列。

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