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韩国半导体新进展 石墨烯量子点技术再上层楼

2019-04-04

韩国开发出更有效的超微细半导体粒子的“石墨烯量子点”技术,预计能对新一代电子产品的元件“单电子晶体管”发展做出贡献。

蔚山科学技术研究院(UNIST)表示,自然科学部申铉锡教授的小组开发出“能在六方晶系氮化硼(h-BN)单一层内规律排列石墨烯量子点的二维平面复合体”的技术,同时,用六方晶系氮化硼控制一个电子来传达信号的装置“垂直隧道环单电子晶体管”也开发成功,这一结果也被刊登在国际学术杂志《自然通讯》(NatureCommunications)1月16日的网络版上。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以组成的六角型如蜂巢晶格连接的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料,特色是非常薄,不论从物理角度、化学角度来看稳定性都很高,导电效率也相当好,被视为“梦想的新材料”。若将此物质缩小到数纳米的大小,便会成为“石墨烯量子点”。

六方晶系氮化硼(HexagonalBoronNitride,h-BN)则是氮和硼以六角形蜂巢状结合而成的原子,也进一步地被称为“白色的石墨烯”,与石墨烯不同的地方是,白色的石墨烯具有不让电流流动的特性,可应用在二维绝缘材料上。

石墨烯量子点是数纳米(1纳米等于10亿分之1米)大的半导体纳米粒子,有电流流过或光线照射就会发光的特性,因此外界也关注这会成为新一代显示器、生物成像系统以及传感器的材料。不仅如此,此材质即使只用少量的电能也能快速处理信息,因此有机会用于新一代量子情报通讯技术。

特别的是,到目前为止石墨烯量子点一直都是使用化学的液相剥离法,或是物理性的球磨法来制成,但在这种情况下要得到理想的石墨烯大小相当困难,加上周遭常常附着各种杂质,妨碍了电子的流动,也会导致石墨烯量子点难以发挥原有的特性。

但这次申铉锡小组所研究的方法,是能随自己的需求调整石墨烯量子点的大小,同时也找出消除杂质的方法。论文的第一作者,UNIST能源工程系博士班的金光宇研究员表示,由于石墨烯和六方晶系氮化硼在结构上相似,所以在氮化硼内部制作石墨烯也是可行的。以新的技术制造而成的石墨烯量子点的周围的氮化硼进行了化学结合,并包围着石墨烯量子点,使杂质最小化。

申铉锡教授则对此表示,利用新技术所制造的石墨烯量子点能够使用库仑阻塞效应(CoulombBlockade),因此可以一次只控制一个电子。这也是首次运用石墨烯和六方晶系氮化硼层层堆砌成“垂直隧道环单电子晶体管”的案例。申铉锡也接着强调:“以石墨烯量子点为基础制成的晶体管,未来能快速的处理信息,并且能以低功率的方式启动设备,这也是技术带来的进步。”

(来源:光电情报网信息监测服务平台






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