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奈米新知-打破寬度記錄的石墨烯奈米帶陣列問世!

公告類型: 一般公告
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美國科學家在碳化矽晶圓上成功製造出史上最窄的磊晶石墨烯奈米帶(graphene nanoribbon, GNR)陣列。每一石墨烯帶的寬度僅有10 nm,而一般的微影製程要達到此寬度幾乎是不可能的任務。

這項研究是由Christos Dimitrakopoulos領軍的IBM與加州大學河濱(Riverside)分校研究團隊所完成。Dimitrakopoulos強調,他們不是只製作出單一石墨烯帶,而是同時打造出大量的平行石墨烯帶。這些石墨烯奈米帶陣列覆蓋了元件通道50%的面積,因此能傳輸高電流密度的石墨烯奈米帶積體電路不再遙不可及。

研究人員表示,他們也能製作尺寸可準確控制且邊緣平整的石墨烯奈米帶。對於奈米帶這類微小結構而言,邊緣的粗糙度非常重要,因為它會嚴重影響石墨烯的電子傳輸特性。該團隊所研發的石墨烯奈米帶陣列製程含有二個主要且互補的步驟,分別是由大作小(top-down)的電子束微影製程以及由小作大(bottom-up)的自組裝步驟,其中前者可由標準的光微影術搭配合適光罩進行,後者則需使用由PS與PMMA薄板交替組成的嵌段共聚物模板。

儘管石墨烯有許多獨特的電子以機械性質(如電子遷移率及強度極高),它也有個嚴重的缺點,就是導帶與價帶間缺乏能隙,而能隙是控制材料電流開關的關鑑,石墨烯的電子應用因此十分受限。在石墨烯中產生能隙的方法之一便是製作寬度極窄的石墨烯帶。Dimitrakopoulos表示,他們打造了寬度為10 nm且彼此緊鄰的石墨烯帶陣列,根據理論預測,此石墨烯帶陣列具有約0.2 eV寬的能隙。此外,上述方法可供任何研究團隊用來製作石墨烯奈米帶元件。

雖然在石墨烯奈米帶相關應用實現之前,仍有諸多工作等待完成,但Dimitrakopoulos認為下一步應該嘗試利用此方法製作石墨烯奈米帶元件,如場效電晶體等,並深入探討其特性。此外,石墨烯奈米帶邊緣的結構品質、利用不同原子作為終端原子,以及藉由進一步縮減石墨烯帶寬度以增加能隙,都可作為未來的研究方向。詳見ACS Nano DOI: 10.1021/nn301515a。

原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
 
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝

發布日期: 2012/09/17
發布人員: 王芊樺