Un nanofil de graphène prend un virage. Le nanofil a été créé via un procédé inventé à l'Université Rice dans lequel une couche d'eau de seulement quelques molécules d'épaisseur agit comme un masque. Crédit :Tour Group/Rice University
De nouvelles recherches à l'Université Rice montrent comment l'eau permet de former de longs nanorubans de graphène de moins de 10 nanomètres de large.
Et il est peu probable que de nombreux autres laboratoires tentent actuellement d'exploiter le potentiel du graphène, une feuille de carbone à un seul atome, pour la microélectronique aurait mis au point la technique que les chercheurs de Rice ont trouvée alors qu'ils cherchaient autre chose.
La découverte de l'auteur principal Vera Abramova et du co-auteur Alexander Slesarev, tous deux étudiants diplômés du laboratoire du chimiste Rice James Tour, paraît en ligne ce mois-ci dans le journal de l'American Chemical Society ACS Nano .
Un peu d'eau adsorbée de l'atmosphère s'est avérée agir comme un masque dans un processus qui commence par la création de motifs via la lithographie et se termine par de très longs, nanorubans de graphène très fins. Les rubans se forment partout où l'eau s'accumule au niveau du coin entre le motif en relief et la surface du graphène.
La formation d'eau s'appelle un ménisque; il est créé lorsque la tension superficielle d'un liquide le fait se courber. Dans le processus de riz, le masque de ménisque protège un petit ruban de graphène d'être gravé lorsque le motif est supprimé.
Une fine ligne de graphène relie deux électrodes dans un transistor à effet de champ de test construit à l'Université Rice. Les nanorubans de graphène ont été créés avec un nouveau procédé qui repose sur un masque de ménisque de quelques molécules d'eau d'épaisseur. Crédit :Tour Group/Rice University
Tour a déclaré que toute méthode pour former de longs fils de seulement quelques nanomètres de large devrait susciter l'intérêt des fabricants de microélectronique alors qu'ils approchent des limites de leur capacité à miniaturiser les circuits. "Ils ne peuvent jamais tirer parti des plus petits appareils nanométriques s'ils ne peuvent pas les traiter avec un fil nanométrique, " dit-il. " En ce moment, les fabricants peuvent faire de petites fonctionnalités, ou faire de grandes fonctionnalités et les mettre où ils le veulent. Mais avoir les deux a été difficile. Pouvoir tracer une ligne aussi fine là où vous le souhaitez est un gros problème car cela vous permet de profiter de la petite taille des dispositifs nanométriques. »
Tour a déclaré que la tendance de l'eau à adhérer aux surfaces est souvent gênante, mais dans ce cas, c'est essentiel au processus. "Il existe de grosses machines utilisées dans la recherche en électronique qui sont souvent chauffées à des centaines de degrés sous ultravide pour chasser toute l'eau qui adhère aux surfaces intérieures, " dit-il. " Sinon, il y aura toujours une couche d'eau. Dans nos expériences, l'eau s'accumule au bord de la structure et protège le graphène de la gravure ionique réactive (RIE). Donc dans notre cas, que l'eau résiduelle est la clé du succès.
"Personne n'y a jamais pensé avant, et ce n'est rien à quoi nous avons pensé, " Tour a déclaré. "C'était fortuit."
Abramova et Slesarev avaient entrepris de fabriquer des nanorubans en inversant une méthode développée par un autre laboratoire Rice pour créer des espaces étroits dans les matériaux. La méthode originale utilisait la capacité de certains métaux à former une couche d'oxyde natif qui se dilate et protège le matériau juste sur le bord du masque métallique. La nouvelle méthode a fonctionné, mais pas comme prévu.
"Nous avons d'abord soupçonné qu'il y avait une sorte d'ombre, " A déclaré Abramova. Mais d'autres métaux qui ne se sont pas développés autant, le cas échéant, n'a montré aucune différence, ni faire varier la profondeur du motif. "Je cherchais essentiellement tout ce qui changerait quelque chose."
Il a fallu deux ans pour développer et tester la théorie du ménisque, au cours de laquelle les chercheurs ont également confirmé son potentiel à créer des fils inférieurs à 10 nanomètres à partir d'autres types de matériaux, dont le platine. Ils ont également construit des transistors à effet de champ pour vérifier les propriétés électroniques des nanorubans de graphène.
Pour être sûr que l'eau explique bien les rubans, ils ont essayé d'éliminer son effet en séchant d'abord les motifs en les chauffant sous vide, puis en déplaçant l'eau avec de l'acétone pour éliminer le ménisque. Dans les deux cas, aucun nanoruban de graphène n'a été créé.
Les chercheurs travaillent pour mieux contrôler la largeur des nanorubans, et ils espèrent affiner les bords des nanorubans, qui aident à dicter leurs propriétés électroniques.
"Avec cette étude, nous avons compris que vous n'avez pas besoin d'outils coûteux pour obtenir ces fonctionnalités étroites, " Tour a déclaré. « Vous pouvez utiliser les outils standard dont une ligne de fabrication dispose déjà pour créer des éléments inférieurs à 10 nanomètres. »
