Ett internationellt team av forskare har tagit ett betydande steg mot att förstå de grundläggande egenskaperna hos det tvådimensionella materialet silicen genom att visa att det kan förbli stabilt i närvaro av syre.
I en studie publicerad idag, 12 augusti, i IOP Publishings tidskrift 2D-material , forskarna har visat att tjocka flerskikt av silicen kan isoleras från modermaterialet kisel och förbli intakta när de utsätts för luft i minst 24 timmar.
Det är första gången som en sådan bedrift har uppnåtts och kommer att göra det möjligt för forskare att ytterligare undersöka materialet och utnyttja de egenskaper som har gjort silicen till ett lovande material inom elektronikindustrin.
Silicen är gjord av enkla bikakeformade lager av kisel som är bara en atom tjocka. Just nu, silicen måste framställas i vakuum för att undvika kontakt med syre, vilket helt skulle kunna förstöra bildandet av de enskilda skikten.
Silicen måste också "odlas" på en yta som matchar dess naturliga struktur – silver är den ledande kandidaten. För att skapa silicen, en oblat av kisel värms upp till höga temperaturer, tvingar enstaka kiselatomer att avdunsta och landa på silversubstratet, bildar det enda skiktet.
Silicen kan också omvandlas från ett 2D-material till ett 3D-material genom att stapla fler och fler enkla lager ovanpå varandra. Dock, Tidigare forskning har visat att silicen har suicidala tendenser, och återgår alltid till kisel när fler lager läggs till, eftersom en kiselstruktur är mer stabil.
I denna nya studie, ett internationellt team av forskare baserade i Italien och Frankrike tillverkade flera lager av silicen med hjälp av ett silversubstrat som hölls vid en temperatur av 470 K och en solid kiselkälla, som värmdes till 1470 K. Totalt 43 monoskikt av silicen avsattes på substratet.
När den väl är tillverkad, forskarna observerade att ett mycket tunt lager av oxidation hade bildats ovanpå den flerskiktade stapeln av monolager; dock, det visades att detta bevarade stackens integritet, fungerar som ett skyddande lager.
Stapeln av monolager förblev bevarad i minst 24 timmar utomhus, under vilken tid forskarna kunde använda röntgendiffraktion och Raman-spektroskopi för att bekräfta att materialet faktiskt var silicen och inte vanligt kisel.
Huvudförfattare till studien Paola De Padova, från Consiglio Nazionale delle Ricerche i Italien, sa:"Dessa resultat är betydande eftersom vi har visat att det är möjligt att få ett kiselbaserat 2D-material, vilket fram till för ett par år sedan ansågs otänkbart.
"Vår nuvarande studie visar att flerskiktig silicen är mer ledande än enkelskiktad silicen, och öppnar därför för möjligheten att använda den inom hela kiselmikroelektronikindustrin. Särskilt, vi tänker oss att materialet används som grind i en silicenbaserad MOSFET, som är den mest använda transistorn i digitala och analoga kretsar.
"Vi studerar för närvarande möjligheten att odla flerskiktad silicen direkt på halvledarsubstrat för att utforska de gemensamma supraledande egenskaperna."
