Des chimistes de l'Université Brown ont trouvé un moyen de créer de nouveaux 2-D, nanomatériaux semi-conducteurs de type graphène utilisant une vieille veille du monde des semi-conducteurs :le silicium.

Dans un article publié dans la revue Nanolettres , les chercheurs décrivent des méthodes de fabrication de nanorubans et de nanoplaques à partir d'un composé appelé tellurure de silicium. Les matériaux sont purs, Semi-conducteurs de type p (porteurs de charge positifs) qui pourraient être utilisés dans une variété de dispositifs électroniques et optiques. Leur structure en couches peut absorber le lithium et le magnésium, ce qui signifie qu'il pourrait également être utilisé pour fabriquer des électrodes dans ces types de batteries.

"Les composés à base de silicium sont l'épine dorsale du traitement électronique moderne, " a déclaré Kristie Koski, professeur adjoint de chimie à Brown, qui a dirigé les travaux. "Le tellurure de silicium fait partie de cette famille de composés, et nous avons montré une méthode totalement nouvelle pour l'utiliser pour créer des couches, nanomatériaux bidimensionnels."

Koski et son équipe ont synthétisé les nouveaux matériaux par dépôt en phase vapeur dans un four tubulaire. Lorsqu'il est chauffé dans le tube, le silicium et le tellure se vaporisent et réagissent pour former un composé précurseur qui est déposé sur un substrat par un gaz porteur d'argon. Le tellurure de silicium se développe alors à partir du composé précurseur.

Différentes structures peuvent être réalisées en faisant varier la température du four et en utilisant différents traitements du substrat. En peaufinant le processus, les chercheurs ont fabriqué des nanorubans d'environ 50 à 1, 000 nanomètres de large et environ 10 microns de long. Ils ont également fabriqué des nanoplaques à plat sur le substrat et debout.

"On voit beaucoup les assiettes debout, " a déclaré Koski. "Ce sont des demi-hexagones assis debout sur le substrat. Ils ressemblent un peu à un cimetière."

Chacune des différentes formes a une orientation différente de la structure cristalline du matériau. Par conséquent, ils ont tous des propriétés différentes et peuvent être utilisés dans différentes applications.

Les chercheurs ont également montré que le matériau peut être « dopé » grâce à l'utilisation de différents substrats. Le dopage est un processus par lequel de minuscules impuretés sont introduites pour modifier les prospérités électriques d'un matériau. Dans ce cas, les chercheurs ont montré que le tellurure de silicium peut être dopé avec de l'aluminium lorsqu'il est cultivé sur un substrat de saphir. Ce processus pourrait être utilisé, par exemple, pour changer le matériau d'un semi-conducteur de type p (un avec des porteurs de charge positifs) en un type n (un avec des porteurs de charge négatifs).

Les matériaux ne sont pas particulièrement stables dans l'environnement, Koski dit, mais c'est facilement remédiable.

"Ce que nous pouvons faire, c'est oxyder le tellurure de silicium, puis cuire le tellure, laisser une couche d'oxyde de silicium, " dit-elle. " Ce revêtement le protège et il reste assez stable. "

D'ici, Koski et son équipe prévoient de continuer à tester les propriétés électroniques et optiques du matériau. Ils sont encouragés par ce qu'ils ont vu jusqu'à présent.

"Nous pensons que c'est un bon candidat pour amener les propriétés des matériaux 2D dans le domaine de l'électronique, ", a déclaré Koski.