Tuleviku elektroonikakomponentide ideaaldielektrikuks võib saada üliõhuke heksagonaalse boorntiriidi (h-BN) kile, tänu materjalis toimuva tunnelleerumisefekti homogeensusele. Tulemused esitanud teadlasterühm uuris materjali käitumist tõkkekihina kahe juhi vahel. Avastati, et tunnelleerumisvool sõltub eksponentsiaalselt h-BN kihtide arvust.
Boornitriid kahe juhi vahele paigutatuna.
Sarnaselt grafeenile on võimalik boornitriidi aatomkihi paksuseid kilesid valmistada koorimise teel (exfoliation). Boornitriid on tehnoloogia vallas huvipakkuv materjal, sest sellest toodetavad kiled on väga õhukesed ja defektivabad. Ent vastupidiselt grafeenile on tegemist isolaatoriga.
“Transistoride suurus on üha kahanemas, h-BN on taoliste miniatuursete seadmete dielektrikukihi valikul praegu ilmselt parim materjal,” ütleb meeskonnaliige Liam Britnell, kes on muuhulgas kaastööd teinud nobelistide Andre Geimi ning Konstantin Novoseloviga (grafeeni uurijad). Teadustöösse panustasid lisaks Hollandis, Singapuri, Venemaa ja Ameerika teadlased. Britnell arvab, et h-BN ning grafeeni kombineerimisel on võimalik arendada täiesti uus klass üliõhukesi mitmikkihtmaterjale (multilayer materials). Soosivaks teguriks on tõsiasi, et grafeenil ning h-BN-il on väga sarnased võrekonstandid, ent ometi erinevad elektrilised omadused.
Teadlased on näidanud, et boor-nitriid on suuremate lehtedena heaks grafeenelektroonika substraadiks. Heksagonaalset boornitriidi on võimalik kasutada elektronide tunnelleerumise tõkkekihina kahe grafeenikihi vahel ning vertikaal-tunnelleeruvates grafeentransistorides juhul, kui isolaatorkihi paksus on vähemalt kuus aatomkihti. “Isegi õhukeste h-BN kihtide uurimine on fundamentaaltasandil huvipakkuv tegevus, sest materjali rakendused on elektroonikarakendustes ulatuslikud, seda enam, et selle paksust on võimalik aatomkihi täpsusega modelleerida,” lisab Britnell.
Töörühm uuris h-BN elektrilisi omadusi tunnelefekti kasutavate dioodide koostises. Sooritati pinge ja voolu mõõtmisi erinevate temperatuuride juures. Tulemused näitasid, et ka üks kith h-BN materjali töötab efektiivse tunnelleerumisvoolu barjäärina. Vool kahanes funktsioonina isolaatorkihi paksusest. Mõõtmisi sooritati mitme eri struktuuriga, sealhulgas: kuld/boornitriid/kuld, grafeen/boornitriid/grafeen ja grafiit/boornitriid/grafiit. Boornitriidi kihi paksust varieeriti ühest kuni nelja aatomkihini.
Brtinell loodab koos kolleegidega leida sobiva kihilise pooljuhtmaterjali, mis ühilduks boornitriidi ning semimetalli grafeeni elektriliste omadustega. “Oleks suurepärane, kui sellise materjali leiaksime. Uute 3D struktuuride leidmisel keskendume grafeeni ja heksagonaalse struktuuriga boornitriidi kombineerimisele alternatiivmaterjalidega. Loodame avastada uut huvitavat füüsikat ning innovaatilisi vise elektroonikaseadmete valmistamiseks,” ütleb Britnell.
Leave a Reply