В гонке по созданию сверхтонких прозрачных и гибких электронных устройств на основе графена – наиболее электропроводного материала, известного на настоящий момент, появляется новый конкурент. Исследователи из США разработали процесс, позволяющий сшивать одноатомные листочки непроводящего нитрида бора с графеном, и этот процесс может стать многоцелевым и масштабируемым методом для создания интегрированных электронных схем толщиной в один атом.

Графен – двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в состоянии sp2-гибридизации и соединённых посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.

Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Графен рассматривается как материал, который может служить основой для электроники будущего.

Однако, у графена отсутствует энергетическая щель, что создает проблемы с контролем движения электронов по материалу, что является очевидным требованием для любого электронного устройства. Многие исследовательские группы пытаются разработать гибридные материалы на основе графена, которые могут применяться в таких устройствах, но забег к таким материалам продолжается.

Исследователи из Корнелльского Университета США разработали процесс, получивший название «повторное выращивание по шаблону» («patterned re-growth»), позволяющий сшить вместе листы графена и нитрида бора (этот материал также представляет собой гексагональную двумерную кристаллическую решетку) и получить двумерный гибридный материал с комплементарными свойствами.

Методика заключается в том, что на подложке из меди выращивают слой графена, на котором затем с помощью стандартного метода фотолитографии выращивают соответствующий шаблон. Затем на вытравленном регионе подложки происходит рост слоя нитрида бора, который выращивают с помощью метода осаждения из паров. Такой подход оказывается возможным из-за того, что медная подложка катализирует рост BN.

Один из авторов исследования, Чеол-Джу Ким (Cheol-Joo Kim) отмечает, что латеральная сшивка двух различных регионов происходит очень эффективно, в результате чего образуются прочные механические пленки. Это обстоятельство означает, что графен и нитрид бора не просто находятся по соседству, а образуют гетероконтакты, что открывает возможности для применения интересных свойств этих контактов.

Гетероконтакты представляют собой точки контакта двух материалов, различающихся по электронным свойствам, которые могут выступать в качестве строительных блоков полупроводниковых электронных схем, таких как транзисторы, солнечные батареи и интегрированные электронные схемы.

Ким предполагает, что неоднократное повторение процесса позволяет создавать более сложные трехмерные структуры. Исследователи довольны тем обстоятельством, что структурные и электронные свойства пленок не деградировали в результате процесса формирования гетеросоединений, что открывает новые возможности для создания более сложных и практически полезных структур.