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矽烯場效電晶體登場

公告類型: 奈米新知
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 (2015/02/16)

矽烯(silicene)是矽形成的單原子厚二維蜂巢晶格,結構與石墨烯(graphene)十分相似,但無法像石墨烯般穩定存在空氣中。美國及義大利科學家最近克服矽烯在空氣中降解(degrade)的問題,成功製作出第一個矽烯場效電晶體(FET)

理論上,矽烯在化學及結構上都比石墨烯更容易操控,其能隙及載子遷移率讓它被看好為具可調性且多功能的電子材料;此外,它與現行的矽基電子平台非常相符,不像石墨烯及其他二維物質都是業界不熟悉的材料。

上述研究團隊的共同指導者德州大學的Deji Akinwande指出,矽烯的自旋-軌道耦合比石墨烯高,因此是更佳的「拓普絕緣體」(topological insulator)候選材料,可用來製作低功率晶片、先進自旋電子及量子計算元件。

科學家雖然已經在特殊的基板如銀晶體上合成矽烯,但此材料不像石墨烯能在空氣中穩定存在,因此無法以傳統濕技術加以轉移。美義團隊以鍍了銀薄膜的雲母(mica)基板取代貴又無不實用的銀基板,並在真空中生長一層氧化鋁來包覆合成的矽烯,防止它在空氣中劣化。

研究人員接著以機械方式分離銀-矽烯-氧化鋁三明治結構,置於氧化矽板上,然後透過選擇性蝕刻在銀層上製作源/汲極,搭配底下的矽做為閘極,便可得到底閘極式電晶體結構。

該小組將他們發明的轉移及製作過程稱為SEDNE (silicene encapsulated delamination with native electrodes)。雖然得到的矽烯電晶體幾分鐘後就開始劣化,但Akinwande認為它可以用來研究該材料的相關物理,例如讓它在半導體、超導體及拓普態之間切換。此外,他也看好透過人為方式調整矽烯的結構,可望讓這種材料原有的小能隙變得更大,這點是無能隙的石墨烯所望塵莫及的。

該團隊計畫仿效石墨烯堆疊成石墨,將單原子厚的矽烯堆疊成二維的矽,以保護底層的矽烯,延長電晶體的壽命。他們也計畫將上述技術應用在其他材料,製作出鍺烯(germanene)及錫烯(stanene)。詳見近期的Nature Nanotechnology | doi:10.1038/nnano.2014.325


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1013
譯者/譯者服務單位:奈米科學網   責任編輯:蔡雅芝
發布日期: 2015/02/17
發布人員: 王芊樺