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来自日本的一组研究人员设计了一种制造微小石墨烯带的新方法。由于石墨烯具有可预测的电子特性,这种石墨烯带在半导体器件中非常受欢迎。然而,事实证明,这些结构是具有挑战性的。
之前制作石墨烯纳米带的尝试是将石墨烯薄片置于二氧化硅层上,然后使用氢原子蚀刻锯齿状边缘的条带,这一过程被称为各向异性蚀刻。这种方法只适用于制造具有两层或两层以上石墨烯层的带。
电子峰谷导致的二氧化硅不规则现象使其表面变得粗糙,因此在石墨烯单层膜上制造精确的锯齿状边缘是一个挑战。
为了解决这一问题,他们将常用的二氧化硅替换为氮化硼,并利用这种衬底和各向异性蚀刻技术,成功制造出只有一层厚、具有明确锯齿形边缘的石墨烯纳米带。
锯齿形边缘纳米带在2000 cm2/Vs范围内表现出较高的电子迁移率,即使宽度小于10nm,也能创造干净、狭窄的能带间隙,这使其成为自旋电子和纳米电子器件的重要材料。
减小纳米带的宽度会使机动性因为边缘缺陷而急剧下降。使用标准的光刻制造技术,研究已经发现迁移率为100 cm2/Vs甚至更低,但即使在10以下的纳米尺度上,这种材料仍然超过2000 cm2/Vs,这表明这些纳米带具有非常高的质量。
在未来的研究中,将这种方法扩展到其他类型的衬底,可以使石墨烯单分子层快速大规模加工,制造出锯齿状边缘的高质量纳米带。