Grafeno un material de un átomo de espesor con propiedades extraordinarias, es un candidato prometedor para la próxima generación de dramáticamente más rápido, electrónica más eficiente en energía. Sin embargo, Los científicos han luchado para fabricar el material en tiras ultra estrechas, llamadas nanocintas, que podría permitir el uso de grafeno en la electrónica de semiconductores de alto rendimiento.

Ahora, Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han descubierto una forma de cultivar nanocintas de grafeno con propiedades semiconductoras deseables directamente en una oblea semiconductora de germanio convencional. Este avance podría permitir a los fabricantes utilizar fácilmente nanocintas de grafeno en circuitos integrados híbridos. que prometen impulsar significativamente el rendimiento de los dispositivos electrónicos de próxima generación. Esta tecnología también podría tener usos específicos en aplicaciones industriales y militares, como sensores que detectan especies químicas y biológicas específicas y dispositivos fotónicos que manipulan la luz.

En un artículo publicado el 10 de agosto, 2015 en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Michael Arnold, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison, Estudiante de doctorado Robert Jacobberger, y sus colaboradores describen su nuevo enfoque para producir nanocintas de grafeno. En tono rimbombante, su técnica se puede escalar fácilmente para la producción en masa y es compatible con la infraestructura predominante utilizada en el procesamiento de semiconductores.

"Las nanocintas de grafeno que se pueden cultivar directamente en la superficie de un semiconductor como el germanio son más compatibles con el procesamiento plano que se utiliza en la industria de los semiconductores, por lo que habría menos obstáculos para integrar estos materiales realmente excelentes en la electrónica en el futuro, "Arnold dice.

Grafeno una hoja de átomos de carbono que tiene solo un átomo de espesor, Conduce la electricidad y disipa el calor de forma mucho más eficiente que el silicio. el material que se encuentra con mayor frecuencia en los chips informáticos actuales. Pero para explotar las notables propiedades electrónicas del grafeno en aplicaciones de semiconductores donde la corriente debe encenderse y apagarse, las nanocintas de grafeno deben tener menos de 10 nanómetros de ancho, que es fenomenalmente estrecho. Además, las nanocintas deben ser lisas, Bordes de "sillón" bien definidos en los que los enlaces carbono-carbono son paralelos a la longitud de la cinta.

Los investigadores han fabricado normalmente nanocintas utilizando técnicas litográficas para cortar láminas más grandes de grafeno en cintas. Sin embargo, este enfoque de fabricación "de arriba hacia abajo" carece de precisión y produce nanocintas con bordes muy ásperos.

Otra estrategia para fabricar nanocintas es utilizar un enfoque "de abajo hacia arriba", como la síntesis orgánica asistida por superficie, donde los precursores moleculares reaccionan sobre una superficie para polimerizar nanocintas. Arnold dice que la síntesis asistida por superficie puede producir hermosas nanocintas con precisión, bordes suaves, pero este método solo funciona en sustratos metálicos y las nanocintas resultantes son demasiado cortas para su uso en electrónica.

Para superar estos obstáculos, Los investigadores de UW-Madison fueron pioneros en una técnica de abajo hacia arriba en la que cultivan nanocintas ultra estrechas con bordes rectos directamente sobre obleas de germanio mediante un proceso llamado deposición química de vapor. En este proceso, los investigadores comienzan con metano, que se adsorbe en la superficie del germanio y se descompone para formar varios hidrocarburos. Estos hidrocarburos reaccionan entre sí en la superficie, donde forman grafeno.

El equipo de Arnold hizo un gran avance cuando exploró la ralentización drástica de la tasa de crecimiento de los cristales de grafeno al disminuir la cantidad de metano en la cámara de deposición de vapor químico. Descubrieron que a una tasa de crecimiento muy lenta, los cristales de grafeno crecen naturalmente en largas nanocintas en una faceta cristalina específica del germanio. Simplemente controlando la tasa de crecimiento y el tiempo de crecimiento, los investigadores pueden ajustar fácilmente el ancho de las nanocintas a menos de 10 nanómetros.

"Lo que hemos descubierto es que cuando el grafeno crece en germanio, forma naturalmente nanocintas con estas muy suaves, bordes de sillón, "Arnold dice." Los anchos pueden ser muy, muy estrecho y las longitudes de las cintas pueden ser muy largas, por lo que todas las características deseables que queremos en las nanocintas de grafeno están sucediendo automáticamente con esta técnica ".

Las nanocintas producidas con esta técnica comienzan a nuclearse, o creciendo, en puntos aparentemente aleatorios del germanio y están orientados en dos direcciones diferentes en la superficie. Arnold dice que el trabajo futuro del equipo incluirá controlar dónde comienzan a crecer las cintas y alinearlas todas en la misma dirección.