Kemister från Brown University har hittat ett sätt att göra nya 2-D, grafenliknande halvledande nanomaterial med hjälp av ett gammalt vänteläge för halvledarvärlden:kisel.

I en artikel publicerad i tidningen Nanoletrar , forskarna beskriver metoder för att göra nanoribbon och nanoplattor från en förening som kallas kiseltellurid. Materialen är rena, halvledare av p-typ (positiva laddningsbärare) som kan användas i en mängd olika elektroniska och optiska enheter. Deras lagerstruktur kan ta upp litium och magnesium, vilket innebär att den också kan användas för att tillverka elektroder i den typen av batterier.

"Kiselbaserade föreningar är ryggraden i modern elektronikbearbetning, "sa Kristie Koski, biträdande professor i kemi vid Brown, som ledde arbetet. "Kiseltellurid finns i den familjen av föreningar, och vi har visat en helt ny metod för att använda den för att göra lager, tvådimensionella nanomaterial. "

Koski och hennes team syntetiserade de nya materialen genom ångavsättning i en rörugn. Vid uppvärmning i röret, kisel och tellur förångas och reagerar för att bilda en prekursorförening som avsätts på ett substrat av en argongåra gas. Kiseltelluriden växer sedan från prekursorföreningen.

Olika strukturer kan göras genom att variera ugnstemperaturen och använda olika behandlingar av substratet. Genom att anpassa processen, forskarna gjorde nanoribbon som är cirka 50 till 1, 000 nanometer i bredd och cirka 10 mikron lång. De gjorde också nanoplattor platta på underlaget och stod upprätt.

"Vi ser de stående tallrikarna mycket, "Sa Koski." De är halva sexkantar som sitter upprätt på underlaget. De ser lite ut som en kyrkogård. "

Var och en av de olika formerna har en annan orientering av materialets kristallina struktur. Som ett resultat, de har alla olika egenskaper och kan användas i olika applikationer.

Forskarna visade också att materialet kan "dopas" genom användning av olika underlag. Doping är en process genom vilken små föroreningar introduceras för att förändra ett materials elektriska välstånd. I detta fall, forskarna visade att kiseltellurid kan dopas med aluminium när det odlas på ett safirunderlag. Den processen kan användas, till exempel, att ändra materialet från en halvledare av p-typ (en med positiva laddningsbärare) till en n-typ (en med negativ laddningsbärare).

Materialen är inte särskilt stabila ute i miljön, Koski säger, men det är lätt att åtgärda.

"Det vi kan göra är att oxidera kiseltelluriden och sedan baka av telluret, lämnar en beläggning av kiseloxid, "sa hon." Den beläggningen skyddar den och den förblir ganska stabil. "

Härifrån, Koski och hennes team planerar att fortsätta testa materialets elektroniska och optiska egenskaper. De uppmuntras av vad de har sett hittills.

"Vi tycker att detta är en bra kandidat för att föra egenskaperna hos 2-D-material till elektronikens område, Sa Koski.