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将硼丁烯和石墨烯集成到未来电子产品的2D异质结构中

时间：2022-03-06 18:25:03 来源：

原子分辨率扫描硼丙烷 - 石墨烯横向异质结构与界面硼 - 碳键合的覆盖示意图的脱位图像。图像宽度：1.7 nm。

纳米材料可以提供许多新兴技术的基础，包括极其微小，灵活和透明的电子产品。

虽然许多纳米材料表现出有希望的电子特性，但科学家和工程师仍在努力将这些材料最终整合在一起，以便最终创建半导体和电路。

西北工程研究人员创建了来自这些材料，石墨烯和硼烯中的两种的二维（2D）异质结构，这是从这些纳米材料产生整个电路的重要一步。

“如果你要打开智能手机内的集成电路，你会看到许多不同的材料集成在一起，”Mark Hersam，Walter P. Murphy教授的材料科学与工程教授，他领导了研究。“但是，我们已经达到了许多传统材料的极限。通过将纳米物质与硼烯和石墨烯相容，我们正在开辟纳米电子学的新可能性。“

对海军研究办公室和国家科学基金会的支持，结果在2019年10月11日出版，在“科学”期刊上发表。除了惠汉姆，应用物理博士学生小龙刘共同撰写这项工作。

创造一种新的异性结构

任何集成电路都包含许多执行不同功能的材料，例如电电或保持电隔离的部件。但是，虽然电路内的晶体管变得越来越小 - 但由于材料和制造业的进步 - 它们接近到达他们可以获得的小的限制。

超薄的2D材料如石墨烯有可能绕过该问题，而是将2D材料整合在一起是困难的。这些材料只是一个厚度厚，所以如果两材料的原子不完全排列，那么整合就不太可能成功。不幸的是，大多数2D材料不符合原子量表，为2D集成电路提出挑战。

博罗尼岛是2015年首次合成的惠森的2D版，是多态的，这意味着它可以采用许多不同的结构并适应其环境。这使它成为与其他2D材料相结合的理想候选者，如石墨烯。

为了测试是否可以将两种材料集成到单一的异质结构中，Hersam的实验室在同一基板上延长了石墨烯和硼烯。它们首先增长石墨烯，因为它在更高的温度下生长，然后在同一基质上沉积硼，并使其在没有石墨烯的区域中生长。该过程导致横向界面，因为硼烯烯的适应性，两种材料以原子缝合在一起。

测量电子转换

实验室使用扫描隧道显微镜表征了2D异质结构，发现界面的电子转换异常突然 - 这意味着它可能是创建微小电子设备的理想选择。

“这些结果表明我们可以在路上创造超高密度器件，”赫拉姆说。最终，Hersam希望实现导致新型电子设备和电路的越来越复杂的2D结构。他和他的团队正在努力用硼烯制造额外的异质结构，将其与越来越多的已知2D材料相结合。

“在过去的20年里，新材料在晶体管技术中使小型化和相应地提高了性能，”他说。“二维材料有可能使下一个跳跃。”

参考：“博翼 - 石墨烯异质结构”由小龙刘和Mark C. Hersam，2019年10月11日，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.aax6444


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