(PhysOrg.com) - Un proceso simple de un solo paso que produce dopaje de tipo ny tipo p de superficies de grafeno de gran área podría facilitar el uso del material prometedor para futuros dispositivos electrónicos. La técnica de dopaje también se puede utilizar para aumentar la conductividad en nanocintas de grafeno utilizadas para interconexiones.

Al aplicar un material de vidrio giratorio (SOG) disponible comercialmente al grafeno y luego exponerlo a la radiación de haz de electrones, Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia crearon ambos tipos de dopaje simplemente variando el tiempo de exposición. Los niveles más altos de energía del rayo-e produjeron áreas de tipo p, mientras que los niveles más bajos produjeron áreas de tipo n.

La técnica se utilizó para fabricar uniones p-n de alta resolución. Cuando está debidamente pasivado, Se espera que el dopaje creado por el SOG permanezca indefinidamente en las láminas de grafeno estudiadas por los investigadores.

"Este es un paso habilitante para hacer posibles transistores de grafeno de óxido metálico complementarios, "dijo Raghunath Murali, un ingeniero de investigación senior en el Centro de Investigación de Nanotecnología de Georgia Tech.

Un artículo que describe la técnica aparece esta semana en la revista. Letras de Física Aplicada. La investigación fue apoyada por Semiconductor Research Corporation y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) a través del Interconnect Focus Center.

En el nuevo proceso de dopaje, Murali y el estudiante de posgrado Kevin Brenner comienzan quitando escamas de grafeno de una a cuatro capas de espesor de un bloque de grafito. Colocan el material sobre una superficie de silicio oxidado, luego fabrique un dispositivo de contacto de cuatro puntos.

Próximo, giran sobre películas de silsesquoxano de hidrógeno (HSQ), luego cure ciertas porciones de la película delgada resultante usando radiación de haz de electrones. La técnica proporciona un control preciso sobre la cantidad de radiación y dónde se aplica al grafeno, con niveles más altos de energía correspondientes a más reticulación del HSQ.

"Dimos diferentes dosis de radiación de haz de electrones y luego estudiamos cómo influía en las propiedades de los portadores en la red de grafeno, "Dijo Murali." El rayo electrónico nos dio un rango fino de control que podría ser valioso para fabricar dispositivos a nanoescala. Podemos utilizar un haz de electrones con un diámetro de cuatro o cinco nanómetros que permite patrones de dopaje muy precisos ".

Las mediciones electrónicas mostraron que una unión p-n de grafeno creada por la nueva técnica tenía grandes separaciones de energía, indicando fuertes efectos de dopaje, añadió.

Investigadores en otros lugares han demostrado el dopaje con grafeno utilizando una variedad de procesos que incluyen remojar el material en varias soluciones y exponerlo a una variedad de gases. Se cree que el proceso de Georgia Tech es el primero en proporcionar dopaje de electrones y de huecos a partir de un solo material dopante.

Es probable que los procesos de dopaje utilizados para el grafeno sean significativamente diferentes de los establecidos para el uso de silicio. Dijo Murali. En silicio, el paso de dopaje sustituye átomos de silicio por átomos de un material diferente en la red del material.

En el nuevo proceso de un solo paso para el grafeno, se cree que el dopaje introduce átomos de hidrógeno y oxígeno en las proximidades de la red de carbono. El oxígeno y el hidrógeno no reemplazan a los átomos de carbono, sino que ocupan ubicaciones encima de la estructura de celosía.

"La energía aplicada al SOG rompe los enlaces químicos y libera hidrógeno y oxígeno que se unen con la red de carbono, "Dijo Murali." Una alta energía de haz electrónico convierte toda la estructura SOG en una red, y luego tienes más oxígeno que hidrógeno, resultando en un dopaje tipo p ".

En la fabricación en volumen, la radiación del haz de electrones probablemente sería reemplazada por un proceso de litografía convencional, Dijo Murali. Variar la reflectancia o la transmisión del conjunto de máscaras controlaría la cantidad de radiación que llega al SOG, y eso determinaría si se crean áreas de tipo n o de tipo p.

"Hacer todo en un solo paso evitaría algunos de los costosos pasos de la litografía, ", dijo." La litografía en escala de grises permitiría un control preciso del dopaje en toda la superficie de la oblea ".

Para áreas de dopaje a granel, como interconexiones que no requieren patrones, los investigadores simplemente cubren el área con HSQ y la exponen a una fuente de plasma. La técnica puede hacer que las nanocintas sean hasta 10 veces más conductoras que el grafeno sin tratar.

Dado que HSQ ya es familiar para la industria de la microelectrónica, el enfoque de un solo paso para el dopaje podría ayudar a integrar el grafeno en los procesos existentes, evitar una interrupción del diseño masivo de semiconductores y el sistema de fabricación, Murali señaló.

Durante los últimos dos años, Los investigadores del Centro de Investigación de Nanotecnología habían observado cambios causados ​​por la aplicación de HSQ durante las pruebas eléctricas. Solo recientemente observaron más de cerca lo que estaba sucediendo para comprender cómo aprovechar el fenómeno.

Para el futuro, les gustaría comprender mejor cómo funciona el proceso y si otros polímeros podrían proporcionar mejores resultados.

"Necesitamos comprender mejor cómo controlar este proceso porque la variabilidad es uno de los problemas que deben controlarse para que la fabricación sea factible". ", Explicó Murali." Estamos tratando de identificar otros polímeros que puedan proporcionar un mejor control o niveles de dopaje más fuertes ".