Los científicos de la Universidad de Rice han dado un paso importante hacia la creación de componentes electrónicos bidimensionales con un proceso para crear patrones en capas del grosor de un átomo que combinan un conductor y un aislante.

Los materiales en juego, grafeno y nitruro de boro hexagonal, se han fusionado en láminas y se han construido en una variedad de patrones en dimensiones a nanoescala.

Rice introdujo una técnica para unir los materiales de estructura idéntica juntos hace casi tres años. Desde entonces, la idea ha recibido mucha atención de investigadores interesados ​​en la perspectiva de construir 2-D, circuitos de capa atómica, dijo el científico de materiales de Rice Pulickel Ajayan. Es uno de los autores del nuevo trabajo que aparece esta semana en Nanotecnología de la naturaleza . En particular, Ajayan señaló que los científicos de la Universidad de Cornell informaron un avance a fines del año pasado en el arte de hacer heteroestructuras de capa atómica a través de esquemas de crecimiento secuencial.

La contribución de Rice de esta semana ofrece a los fabricantes la posibilidad de reducir los dispositivos electrónicos en paquetes aún más pequeños. Si bien las capacidades técnicas de Rice limitaban las funciones a una resolución de aproximadamente 100 nanómetros, los únicos límites reales son los definidos por las técnicas litográficas modernas, según los investigadores. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro).

"Debería ser posible fabricar dispositivos completamente funcionales con circuitos 30, incluso 20 nanómetros de ancho, todo en dos dimensiones, "dijo el investigador de Rice, Jun Lou, coautor del nuevo artículo. Eso haría circuitos en aproximadamente la misma escala que en la fabricación actual de semiconductores, él dijo.

El grafeno se ha promocionado como un material maravilloso desde su descubrimiento en la última década. Incluso con un átomo de espesor, la matriz hexagonal de átomos de carbono ha demostrado su potencial como material electrónico fascinante. Pero para construir un dispositivo que funcione, los conductores solos no sirven. La electrónica basada en grafeno requiere similar, materiales 2-D compatibles para otros componentes, y los investigadores han descubierto que el nitruro de boro hexagonal (h-BN) funciona muy bien como aislante.

H-BN parece grafeno, con la misma matriz atómica de alambre de gallinero. El trabajo anterior en Rice mostró que la fusión de grafeno y h-BN a través de la deposición de vapor químico (CVD) creaba láminas con grupos de los dos que permitían cierto control de las propiedades electrónicas del material. Ajayan dijo en ese momento que la creación ofrecía "un gran patio de recreo para los científicos de materiales".

Desde entonces, ha llegado a la conclusión de que el área de los materiales bidimensionales más allá del grafeno "ha crecido significativamente y se convertirá en uno de los materiales más interesantes en un futuro próximo".

Su predicción da fruto en la nueva obra, en el que patrones finamente detallados de grafeno se entrelazan en huecos creados en láminas de h-BN. Peines barras, Se colocaron anillos concéntricos e incluso búhos de arroz microscópicos mediante un proceso litográfico. La interfaz entre elementos, visto claramente en imágenes de microscopio electrónico de transmisión de barrido tomadas en Oak Ridge National Laboratories, muestra una transición nítida del grafeno a h-BN a lo largo de una línea subnanométrica.

"Esta no es una simple colcha, "Lou dijo." Está diseñado con mucha precisión. Podemos controlar los tamaños de los dominios y las formas de los dominios, ambos son necesarios para fabricar dispositivos electrónicos ".

La nueva técnica también comenzó con la ECV. Autor principal Zheng Liu, un científico investigador del arroz, y sus colegas primero colocaron una hoja de h-BN. Se colocaron máscaras fotorresistentes cortadas con láser sobre el h-BN, y el material expuesto se grabó con gas argón. (Más tarde se utilizó un sistema de haz de iones enfocado para crear patrones aún más finos, hasta una resolución de 100 nanómetros, sin máscaras.) Después de lavar las máscaras, el grafeno se cultivó a través de CVD en espacios abiertos, donde se unió de borde a borde con el h-BN. A continuación, la capa híbrida podría recogerse y colocarse sobre cualquier sustrato.

Si bien queda mucho trabajo por delante para caracterizar los enlaces atómicos donde se encuentran el grafeno y los dominios h-BN y analizar los defectos potenciales a lo largo de los límites, Las mediciones eléctricas de Liu demostraron que las cualidades de los componentes permanecen intactas.

"Una cosa importante que demostró Zheng es que incluso haciendo todo tipo de crecimiento, luego grabado, luego vuelve a crecer, las propiedades intrínsecas de estos dos materiales no se ven afectadas, "Lou dijo." Los aisladores siguen siendo aislantes; no están dopados por el carbono. Y el grafeno todavía se ve muy bien. Eso es importante, porque queremos estar seguros de que lo que estamos cultivando es exactamente lo que queremos ".

Liu dijo que el siguiente paso es colocar un tercer elemento, un semiconductor, en la tela 2-D. "Estamos haciendo todo lo posible por integrar esto en la plataforma, ", dijo." Si podemos hacer eso, podemos construir dispositivos en el plano verdaderamente integrados ". Eso daría nuevas opciones a los fabricantes que juegan con la idea de la electrónica flexible, él dijo.

"La contribución de este artículo es demostrar el proceso general, "Lou añadió." Es robusto, es repetible y crea materiales con propiedades muy bonitas y con dimensiones que están al límite de lo posible ".