Une représentation graphique du nitrure de bore hexagonal (hBN) cultivé sur du métal. Crédit :U.S. Air Force
L'avenir de la nanoélectronique est là. Une équipe de chercheurs du Laboratoire de Recherche de l'Armée de l'Air, École des mines du Colorado, et le laboratoire national d'Argonne dans l'Illinois ont développé une nouvelle méthode de synthèse d'un matériau composite qui a le potentiel d'améliorer considérablement l'électronique utilisée par l'armée de l'air.
Le matériel, nitrure de bore hexagonal (hBN), est similaire au graphène et peut être formé et stabilisé à une épaisseur en couches d'un atome. Cette synthèse de hBN d'une manière contrôlée couche par couche est essentielle à un certain nombre d'applications, y compris les barrières de tunnel, utilisé dans les transistors pour les appareils de faible puissance, condensateurs atomiquement minces, et des transistors bidimensionnels (2D), qui sont plus petits et consomment beaucoup moins d'énergie que les transistors au silicium traditionnels.
"La fabrication de dispositifs à partir de couches 2D atomiquement minces représente l'avenir de la nano-électronique, " déclare le Dr Michael Snure, Physicien de recherche senior à l'AFRL. "Ce développement augmente considérablement la densité des appareils, améliorant la flexibilité et réduisant considérablement les besoins en énergie."
En tant que matériau 2D, hBN suscite un intérêt international depuis près d'une décennie. Les chercheurs de la Direction des Capteurs de l'AFRL travaillent depuis 2013 sur des méthodes expérimentales pour développer cette technologie. avec le Dr Snure à la tête de l'effort. Dr Stefan Badescu, Physicien de recherche AFRL, a rejoint l'équipe en 2015 pour diriger la recherche en modélisation informatique qui a aidé l'équipe à comprendre les propriétés du système et le mécanisme de croissance.
De gauche à droite :Dr Gene Siegel, Dr Michael Snure, et le Dr Stefan Badescu mènent leurs recherches sur le nitrure de bore hexagonal (hBN), un matériau céramique qui peut grandement améliorer l'électronique utilisée par l'armée de l'air. Crédit :U.S. Air Force photo/Ted Pitts
Alors, comment un matériau composite destiné à être utilisé en électronique est-il réduit à l'épaisseur d'un simple atome ? Grâce à une méthode de synthèse nouvelle et complexe, bien sûr. À l'aide d'un procédé qui implique la disposition de vapeur chimique métal-organique, l'équipe a découvert comment contrôler la croissance des couches de hBN à l'échelle nanométrique.
Le hBN des travaux de l'AFRL est actuellement utilisé dans le développement de prototypes de dispositifs électroniques 2D comprenant des transistors et des photodétecteurs. Cependant, l'impact de ce développement va plus loin.
« En développant un modèle de croissance, nos travaux profitent plus largement au domaine de la science des matériaux dans les domaines de la croissance de couches minces et de la disposition des vapeurs chimiques, " reflète Badescu. " Cette modélisation permettra de conduire de nouvelles découvertes dans la synthèse de matériaux 2D. "
Badescu ajoute que les futures applications du hBN incluent des transistors pour la commutation et des dispositifs logiques flexibles, transparent, batterie faible, et haute fréquence. Les prochaines étapes consistent à démontrer la faisabilité de l'intégration de hBN avec d'autres semi-conducteurs 2D, dont le graphène et le phosphorène.
Les travaux de l'équipe ont été publiés dans un article de Lettres nano , une revue scientifique de l'American Chemical Society, et l'équipe envisage de déposer un brevet pour la technologie et la méthode de synthèse en attendant de futures expériences réussies avec des combinaisons de hBN et de métaux.
