Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) tillkännagav en metod för massproduktion av bor/kväve samdopade grafennanoplättar, vilket ledde till tillverkningen av en grafenbaserad fälteffekttransistor (FET) med halvledande natur. Detta öppnar möjligheter för praktisk användning i elektroniska apparater.

Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) forskargrupp under ledning av prof. Jong-Beom Baek har upptäckt en effektiv metod för massproduktion av bor/kväve samdopade grafen-nanoplättar (BCN-grafen) via en enkel solvotermisk reaktion av BBr3/CCl4/N2 i närvaro av kalium. Detta arbete publicerades i Angewandte Chemie International Edition som ett "mycket viktigt papper".

Sedan grafen upptäcktes experimentellt 2004, det har varit i fokus för kraftfull tillämpad forskning på grund av dess enastående egenskaper såsom hög specifik yta, goda termiska och elektriska ledningsförmåga, och många fler fastigheter.

Dock, dess akilleshäl är ett försvinnande bandgap för halvledarapplikation. Som ett resultat, den är inte lämplig för logiska tillämpningar, eftersom enheter inte kan stängas av. Därför, grafen måste modifieras för att skapa ett bandgap, om den ska användas i elektroniska apparater.

Olika metoder för att göra grafenbaserade fälteffekttransistorer (FET) har utnyttjats, inklusive dopinggrafen, skräddarsy grafenliknande ett nanorband, och använda bornitrid som stöd. Bland metoderna för att kontrollera bandgapet av grafen, dopingmetoder visar mest lovande när det gäller genomförbarhet i industriell skala.

Även om världsledande forskare har försökt lägga till bor i grafitiska ramverk för att öppna dess bandgap för halvledartillämpningar, det har inte varit någon nämnvärd framgång ännu. Eftersom atomstorleken för bor (85 pm) är större än den för kol (77 pm), det är svårt att inrymma bor i den grafitiska nätverksstrukturen.

Ett nytt syntetiskt protokoll utvecklat av en forskargrupp från UNIST, ett ledande koreanskt universitet, har avslöjat att bor/kväve-samdopning endast är möjlig när koltetraklorid (CCl4) behandlas med bortribromid (BBr3) och kvävgas (N2).

För att hjälpa bordoping till grafenstrukturen, forskargruppen använde kväve (70 pm), som är lite mindre än kol och bor. Tanken var väldigt enkel, men resultatet var överraskande. Parning av två kväveatomer och två boratomer kan kompensera för atomstorleksmissanpassningen. Således, bor- och kvävepar kan lätt införas i det grafitiska nätverket. Den resulterande BCN-grafenen genererar ett bandgap för FET:er.

"Även om prestandan hos FET inte är inom intervallet för kommersiella kiselbaserade halvledare, detta initiativarbete borde vara beviset på ett nytt koncept och ett stort steg framåt för att studera grafen med öppning av bandgap, " sa prof. Jong-Beom Baek.

"Jag tror att det här arbetet är ett av de största framstegen när det gäller att överväga lönsamheten av ett enkelt syntetiskt tillvägagångssätt, " sa doktorand Sun-Min Jung, den första författaren till denna artikel.

Prof. Baek förklarar nästa steg:"Nu, Den återstående utmaningen är att finjustera ett bandgap för att förbättra på/av-strömförhållandet för riktiga enhetsapplikationer."