L'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) a annoncé une méthode de production en série de nanoplaquettes de graphène co-dopées au bore/azote, qui a conduit à la fabrication d'un transistor à effet de champ (FET) à base de graphène de nature semi-conductrice. Cela ouvre des possibilités d'utilisation pratique dans les appareils électroniques.

L'équipe de recherche de l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) dirigée par le professeur Jong-Beom Baek a découvert une méthode efficace pour la production en masse de nanoplaquettes de graphène co-dopées au bore/azote (BCN-graphène) via une simple réaction solvothermique de BBr3/CCl4/N2 en présence de potassium. Ce travail a été publié dans Angewandte Chemie Édition Internationale comme un "Document très important".

Depuis que le graphène a été découvert expérimentalement en 2004, il a fait l'objet d'une recherche appliquée vigoureuse en raison de ses propriétés exceptionnelles telles qu'une surface spécifique élevée, bonnes conductivités thermique et électrique, et bien d'autres propriétés.

Cependant, son talon d'Achille est une bande interdite évanouissante pour l'application des semi-conducteurs. Par conséquent, il ne convient pas aux applications logiques, car les appareils ne peuvent pas être éteints. Par conséquent, le graphène doit être modifié pour produire une bande interdite, s'il doit être utilisé dans des appareils électroniques.

Diverses méthodes de fabrication de transistors à effet de champ (FET) à base de graphène ont été exploitées, y compris le dopage au graphène, la confection d'un nanoruban semblable au graphène, et en utilisant du nitrure de bore comme support. Parmi les méthodes de contrôle de la bande interdite du graphène, les méthodes de dopage sont les plus prometteuses en termes de faisabilité à l'échelle industrielle.

Bien que des chercheurs de renommée mondiale aient essayé d'ajouter du bore dans le cadre graphitique pour ouvrir sa bande interdite pour les applications de semi-conducteurs, il n'y a pas encore eu de succès notable. Puisque la taille atomique du bore (85 pm) est plus grande que celle du carbone (77 pm), il est difficile d'intégrer le bore dans la structure du réseau graphitique.

Un nouveau protocole de synthèse développé par une équipe de recherche de l'UNIST, une université coréenne de premier plan, a révélé que le codopage bore/azote n'est possible que lorsque le tétrachlorure de carbone (CCl4 ) est traité avec du tribromure de bore (BBr3 ) et de l'azote (N2) gazeux.

Afin d'aider le dopage au bore dans la structure du graphène, l'équipe de recherche a utilisé de l'azote (70 pm), qui est un peu plus petit que le carbone et le bore. L'idée était très simple, mais le résultat était surprenant. L'appariement de deux atomes d'azote et de deux atomes de bore peut compenser le décalage de taille atomique. Ainsi, les paires bore et azote peuvent être facilement introduites dans le réseau graphitique. Le BCN-graphène résultant génère une bande interdite pour les FET.

« Bien que les performances du FET ne soient pas dans la gamme des semi-conducteurs commerciaux à base de silicium, ce travail d'initiative devrait être la preuve d'un nouveau concept et un grand pas en avant pour l'étude du graphène avec ouverture de bande interdite, " a déclaré le professeur Jong-Beom Baek.

"Je crois que ce travail est l'une des plus grandes avancées dans l'examen de la viabilité d'une approche synthétique simple, " a déclaré le doctorant Sun-Min Jung, le premier auteur de cet article.

Le professeur Baek explique la prochaine étape : « Maintenant, le défi restant consiste à affiner une bande interdite pour améliorer le rapport de courant marche/arrêt pour les applications réelles des appareils."