Ученые вырастили идеальный кристалл из нитрида бора площадью девять квадратных сантиметров. Это самый большой из подобных объектов. Авторы достижения называют результат важным шагом в развитии гибкой и тонкой электроники будущего. Статья с описанием работы опубликована в журнале Science.

Современная электроника идет по пути миниатюризации вплоть до максимально тонких элементов, толщиной всего в один атом. Чтобы создавать в таком масштабе электрические схемы, нужны как проводники, так и полупроводники с изоляторами атомарной толщины. Идеальный сверхтонкий проводник представляет собой графен, в качестве полупроводников годятся некоторые дихалькогениды переходных металлов (соединения металлов с двумя атомами серы, селена или теллура), а подходящий изолятор — это гексагональный нитрид бора (hBN — hexagonal boron nitride), то есть соединение элементов с шестиугольной решеткой, напоминающей графен.

В новой работе химикам из Южной Кореи удалось синтезировать рекордно большие идеальные двумерные кристаллы гексагонального нитрида бора (изолятора) и дисульфида вольфрама (полупроводника). Обычно hBN получают методом осаждения из газовой фазы боразола (B3N3H6), однако в таком случае зачатки кристаллов начинают расти в произвольном направлении, и при смыкании образуются границы кристаллических зерен — нежелательный для электроники дефект.

В новой работе ученые модифицировали методику, проведя осаждение при температуре 1100 °C на подложке из вольфрама, покрытой золотой фольгой. По мере плавления фольги кристаллы hBN начинали расти на тонком слое жидкого золота, что позволяло им свободно вращаться. Так как атомы азота и бора обладают разной электроотрицательностью, отдельные кристаллы стремятся сблизиться с образованием единой решетки. После получения кристалла золото можно опять переплавить в фольгу и использовать заново.

Авторы получили монокристаллические слои размером 3 на 3 сантиметра, величина которых была ограничена только использованной вакуумной камерой. Также они наносили графен на полученный нитрид бора, получая двуслойную гетероструктуру, заметно улучшающую мобильность зарядов в графене. Получить подобную структуру с полупроводником пока не удалось, но химики теперь пытаются это сделать. Если получится, то удастся создать новый тип двумерных транзисторов, обладающих особыми свойствами, например гибкостью.