研究人員以硼/氮共摻雜實現(xiàn)石墨烯能隙

　　韓國蔚山科技大學(xué)(UNIST)的研究人員們宣稱開發(fā)出一種可大量生產(chǎn)硼/氮共摻雜石墨烯奈米微板的方法，從而可實現(xiàn)基于石墨烯的場效電晶體(FET)制造與設(shè)計。

　　由Jong-BeomBaek主導(dǎo)的研究團隊們采用一種BBr3/CCl4/N2的簡單溶劑熱反應(yīng)，大量生產(chǎn)硼/氮共摻雜石墨烯奈米管，即「硼-碳-氮-石墨烯」(BCN-石墨烯)。

　　石墨烯自2004年經(jīng)由實驗發(fā)現(xiàn)后，已經(jīng)開發(fā)出各種方法來制造基于石墨烯的FET，包括摻雜石墨烯打造成石墨烯狀的奈米帶，以及利用氮化硼作為支柱。在各種控制石墨烯能隙的方法中，摻雜方式顯示最有希望實現(xiàn)工業(yè)級的可行性。

　　雖然全球主要的研究人員們已經(jīng)嘗試在石墨架構(gòu)中添加硼，為半導(dǎo)體應(yīng)用開啟其能隙，并至今仍未能取得顯著的成果。由于硼(85pm)原子尺寸比碳(77pm)更大，因而很難讓硼納入石墨網(wǎng)路結(jié)構(gòu)中。

　　而UNIST的研究人員采用新的合成方法后發(fā)現(xiàn)，只有在四氯化碳(CCI4)與三溴化硼(BBr3)和氮氣(N2)共同作用時，硼/氮共摻雜的途徑才是可行的。

　　為了有功于硼摻雜至石墨烯結(jié)構(gòu)中，研究小組利用比碳和硼更小一點的氮氣(70pm)作為催化劑。當(dāng)時的想法很簡單，但結(jié)果卻相當(dāng)令人驚訝。研究人員配對兩個氮原子和2個硼原子后，有效地補償了原子大小不匹配的情形。因此，硼/氮配對可以輕易地導(dǎo)入石墨網(wǎng)路中。所得到的BCN-石墨烯則可為FET產(chǎn)生石墨烯能隙。

　　以CCI4、BBr3與N2經(jīng)鉀元素(K)催化的溶劑熱反應(yīng)形成BCN-石墨烯之示意圖。