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(noticias nanowerk) Los investigadores han desarrollado un método para «cablear» nanocintas de grafeno (GNR), una clase de materiales unidimensionales de interés para escalar dispositivos microelectrónicos. Utilizando un proceso basado en microscopía de efecto túnel de barrido de escritura directa (STM), los contactos metálicos de tamaño nanométrico se fabricaron en GNR individuales y pudieron controlar el carácter electrónico de los GNR. Los investigadores dicen que esta es la primera evidencia de la fabricación segura de contactos metálicos para GNR específicos y que estos contactos inducen la funcionalidad del dispositivo necesaria para el funcionamiento del transistor.
Los resultados de esta investigación, dirigida por Joseph Lyding, profesor de ingeniería eléctrica e informática (ECE), junto con Pin-Chiao Huang, un estudiante graduado de ECE, y Hongye Sun, un estudiante graduado en ciencias de materiales e ingeniería, se publicaron recientemente en la diario ACS Nano (“Contactos sub-5 nm y formación de uniones pn inducidas en nanocintas de grafeno únicas y atómicamente precisas”).
![Estructura de nanocintas de grafeno (izquierda) y una imagen STM de múltiples GNR en una superficie (derecha)](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63675_1.jpg)
«El grafeno existe desde hace algún tiempo y se cree que podría ser un material electrónico de alta velocidad, tal vez incluso un sustituto del silicio», explica Lyding. «Pero el problema del grafeno en sí es que no es un semiconductor».
El grafeno es una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor y, aunque es el material más delgado conocido, también es increíblemente fuerte. Se pueden inducir propiedades semiconductoras en el grafeno haciéndolo muy pequeño o procesándolo en formas específicas, como cintas. Para este proyecto, el coautor Alexander Sinitskii y su grupo de la Universidad de Nebraska sintetizaron GNR atómicamente precisos.
El proceso de fabricar un transistor a partir de GNR implica depositarlos sobre un sustrato de silicio, conectar cables y hacer fluir corriente a través de los cables para medir las propiedades del transistor. El equipo dio el paso crucial de tomar los GNR, que tienen un diámetro más pequeño que una molécula de ADN, y conectarlos entre sí. Han desarrollado una tecnología en la que los cables también tienen un ancho de sólo unos pocos nanómetros.
Otros investigadores han trabajado en este problema colocando muchos GNR sobre una superficie de silicio y colocando electrodos enormes y esperando lo mejor. Sin embargo, este método trae consigo una gran incertidumbre. Lyding y sus alumnos utilizaron un método más preciso para cablear los GNR. Utilizaron un microscopio de efecto túnel (un dispositivo de imágenes con resolución atómica) para escanear la superficie en busca de un GNR. En STM, se acerca una punta afilada a una superficie (del orden de un nanómetro) y se escanea a través de la superficie. Hay un flujo de corriente entre la punta y la superficie, y cuando la punta encuentra átomos en la superficie, como al cruzar un badén, este flujo de corriente se modula. Esto permite la detección y obtención de imágenes de los GNR.
Una vez que encuentran un GNR, utilizan el haz de electrones en el STM para desencadenar la deposición de metal a partir de moléculas precursoras de diboruro de hafnio, creando los cables. El coautor Gregory Girolami y su grupo en el departamento de química de la UIUC sintetizaron el precursor de este proceso, llamado STM Direct-Write. “Nuestro método de cableado es muy preciso. Cuando vemos un GNR, simplemente podemos definir el patrón deseado y luego conectarlo. No se trata simplemente de arrojar electrodos a la superficie a ciegas”, afirma Huang.
Otra ventaja de este método es que se lleva a cabo en ultra alto vacío (UHV). Esto asegura que el material permanezca libre de agua atmosférica y otros “residuos” que afecten el rendimiento del dispositivo.
Los investigadores también examinaron el carácter electrónico de los GNR y descubrieron que esto cambiaba al colocar los contactos metálicos. El “dopaje” de los semiconductores es la introducción intencionada de impurezas para alterar sus propiedades electrónicas. Sun explica: “Una forma de dopar los GNR es utilizar diversas reacciones químicas para cambiar las propiedades de los GNR. Pero este proceso es difícil. Hacemos esto depositando metal. Y de hecho podemos elegir el tipo de metal que queremos aplicar a los GNR, lo que también podría optimizar las propiedades de los GNR. Esta es una forma de dopar esencialmente a nuestros GNR sin utilizar dopantes”.
Lyding dice: “El siguiente paso, en el que estamos trabajando ahora, es fabricar un transistor real y medir sus propiedades. Pero sabemos que podemos llevar a cabo este proceso impecable en vacío ultraalto para producir los electrodos que son absolutamente necesarios para que el dispositivo funcione”.
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