Framtiden för nanoelektronik är här. Ett team av forskare från Air Force Research Laboratory, Colorado School of Mines, och Argonne National Laboratory i Illinois har utvecklat en ny metod för syntes av ett kompositmaterial som har potentialen att avsevärt förbättra den elektronik som används av flygvapnet.

Materialet, hexagonal bornitrid (hBN), liknar grafen och kan formas och stabiliseras till en skikttjocklek av en atom. Denna syntes av hBN på ett kontrollerat lager-för-lager-sätt är avgörande för ett antal tillämpningar, inklusive tunnelspärrar, används i transistorer för lågeffektsenheter, atomärt tunna kondensatorer, och tvådimensionella (2D) transistorer, som är mindre och använder mycket mindre ström än traditionella kiseltransistorer.

"Att tillverka enheter från atomärt tunna 2D-lager representerar framtiden för nanoelektronik, " säger Dr Michael Snure, AFRL seniorforskningsfysiker. "Denna utveckling ökar enhetens täthet avsevärt, förbättra flexibiliteten och avsevärt minska effektbehovet."

Som ett 2D-material, hBN har varit av internationellt intresse i nära ett decennium. Forskare vid AFRL:s Sensors Directorate har arbetat med experimentella metoder för att utveckla denna teknik sedan 2013, med Dr Snure som leder arbetet. Dr Stefan Badescu, AFRL forskningsfysiker, gick med i teamet 2015 för att leda forskningen om beräkningsmodellering som har hjälpt teamet att förstå systemets egenskaper och mekanismen för tillväxt.

Så hur ska ett kompositmaterial avsett för användning inom elektronik skalas ner till tjockleken på en atom? Genom en ny och komplex syntesmetod, självklart. Genom att använda en process som involverar metallorganisk kemisk ångavsättning, teamet upptäckte hur man kontrollerar tillväxten av hBN-lager på nanoskala.

hBN från AFRL:s arbete används för närvarande i utvecklingen av prototyp 2D elektronikenheter inklusive transistorer och fotodetektorer. Dock, effekten av denna utveckling sträcker sig längre.

"Genom att utveckla en modell för tillväxt, vårt arbete gynnar mer allmänt materialvetenskapen inom områdena tunnfilmstillväxt och kemisk ångdisposition, " reflekterar Badescu. "Denna modellering kommer att hjälpa till att driva nya upptäckter i syntesen av 2D-material."

Badescu tillägger att framtida tillämpningar av hBN inkluderar transistorer för switchning och logiska enheter som är flexibla, transparent, låg effekt, och hög frekvens. Nästa steg är att demonstrera genomförbarheten av att integrera hBN med andra 2D-halvledare, inklusive grafen och fosforen.

Teamets arbete publicerades i en tidning av Nanobokstäver , en vetenskaplig tidskrift från American Chemical Society, och teamet överväger att ansöka om patent på tekniken och syntesmetoden i väntan på framgångsrika framtida experiment med hBN och metallkombinationer.