大规模生产电子用石墨烯纳米带的步骤

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呈几十纳米宽的带状石墨烯二维片具有独特的特性,在未来的电子产品中非常有用。现在,研究人员首次首次充分表征了以两种可能的配置在同一晶片上生长的纳米带,并明确提出了扩大生产规模的途径。

纳米带形式的石墨烯表现出所谓的弹道传输,这意味着当电流流过时,该材料不会发热。这开辟了一条通往高速,低功率纳米电子学的有趣途径。纳米带形式还可以使石墨烯的行为更像半导体,这是在晶体管和二极管中发现的材料类型。石墨烯纳米带的性能与碳带边缘的精确结构密切相关。同样,石墨烯结构的对称性使得边缘可以采取两种不同的构造,即所谓的之字形和扶手椅状,这取决于带的长短边的方向。

纳米带在良好控制的条件下在由碳化硅制成的模板上生长,并且由MAX IV实验室,开姆尼茨技术大学,汉诺威莱布尼兹大学和林雪平大学的研究团队进行了全面表征。模板具有在两个不同的晶体学方向上延伸的脊,以使扶手椅形和之字形的石墨烯纳米带都形成。结果是可预测的高质量石墨烯纳米带的增长,该纳米带在毫米尺度上具有均质性,并且边缘结构得到良好控制。

新发现之一是,研究人员能够显示出纳米带大部分中的弹道运输。其中一位作者阿列克谢·扎哈罗夫说:“这是由于开姆尼茨小组在100 nm以下的长度尺度上进行了极富挑战性的四次探针实验而实现的,”

电气特性还表明,与所谓的低电阻之字形相比,在所谓的带状扶手椅结构中,电阻高出许多倍。这暗示着扶手椅纳米带中可能存在带隙开口,从而使其成为半导体。用于制备用于纳米带生长的模板的方法易于扩展。这意味着它将非常适合发展为大规模生产所需的石墨烯纳米带,使其成为电子行业中未来材料的良好候选者。

“到目前为止,我们一直在研究30-40纳米宽的纳米带。制造10纳米或更小的纳米带是具有挑战性的,但是它们将具有非常有趣的电性能,并且有计划这样做。然后我们还将在MAXPEEM光束线上研究它们。” Zakharov说。

在MAXPEEM光束线上进行的测量是通过不需要X射线的技术完成的。Beamline将于今年春季进入调试阶段,并于今年开始欢迎用户使用。


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