Сверхширокая графеновая нанолента для микроэлектроники нового поколения

Стандартная полупроводниковая технология достигает своего предела в миниатюризации, но спрос на все меньшие электрические устройства с более высокой производительностью продолжает расти. Исследовательская группа представила самую широкую графеновую наноленту, изготовленную по принципу «снизу вверх», с электрическими свойствами, превосходящими свойства кремниевых полупроводников, обещая новое поколение миниатюрных электронных устройств.

Благодаря толщине буквально один атом углерода и электрическим свойствам, которые могут превосходить характеристики стандартных полупроводниковых технологий, наноленты графена обещают новое поколение миниатюрных электронных устройств. Теория, однако, остается далеко впереди реальности, поскольку современные наноленты графена отстают от своего потенциала. Новое совместное исследование, проведенное в области коммуникационных материалов в рамках проекта CREST, JST Japan, включающего Институт науки и технологий Нара (NAIST), Fujitsu Laboratories Ltd. и Fujitsu Ltd., а также Токийский университет, сообщает о первой в мире графеновой ленте шириной 17 атомов углерода и подтверждает, что она имеет наименьшую ширину запрещенной зоны, наблюдаемую на сегодняшний день среди известных графеновых нанолент, приготовленных восходящим способом.

Сегодня большие интегральные схемы (БИС) применяются в широком спектре электронных устройств, от компьютеров до смартфонов. Тем не менее, хотя БИС улучшили производительность за счет уменьшения размера устройств, их миниатюризация приближается к своему пределу.

Для решения этих проблем определенно необходимы другие методы и/или материалы, говорит руководитель группы д-р Синтаро Сато (Shintaro Sato) из Fujitsu Ltd.:«Кремниевые полупроводники дают нам лучшую производительность при меньших размерах. Однако мы достигаем предела в том, насколько малыми мы можем изготовить устройства. Таким образом, мы возлагаем большие надежды на производительность графеновых нанолент, имеющих полупроводниковые свойства и толщину всего один атомный слой. По сути это двумерный материал».

Графеновые наноленты, которые являются перспективным типом нанолент для применения в устройствах, демонстрируют зависимую от ширины запрещенную зону. Их можно разделить на три подсемейства (3p, 3p + 1, 3p + 2), причем их запрещенные зоны обратно пропорциональны ширине этих семейств. По существу, более широкие графеновые наноленты, принадлежащие к подсемейству 3p + 2, обладают наименьшими запрещенными зонами среди различных графеновых нанолент, имеющих значительный потенциал для использования в устройствах на основе генетики, нанотехнологии и робототехники (GNR).

До настоящего времени сообщалось о 13-элементных графеновых нанолентах, принадлежащих к подсемейству 3p + 1 с шириной запрещенной зоны более 1 эВ, но д-р Сато и коллеги продемонстрировали синтез 17-углеродной графеновой наноленты, принадлежащей к подсемейству 3p + 2, которые имеют еще меньшие запрещенные зоны. Синтез графеновых нанолент основывался на восходящем подходе, называемом «поверхностным синтезом», а молекула на основе дибромбензола использовалась в качестве предшественника для поверхностного синтеза графеновых нанолент.

Было обнаружено, что экспериментально полученная запрещенная зона 17-элементных графеновых нанолент составляет 0,6 эВ, и это является первой демонстрацией синтеза графеновых нанолент, имеющих запрещенную зону менее 1 эВ. «Мы ожидаем, что эти 17-углеродные графеновые наноленты проложат путь для новых электронных устройств на основе GNR», - говорит д-р Сато.

(а) Восходящая схема синтеза 17-углеродной графеновой наноленты на Au (111), (b) изображение высокого разрешения и (c) изображение 17- углеродной графеновой наноленты, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа