微观的丝带在黄金基底上交错排列
只有几个原子宽的石墨烯带，即所谓的石墨烯纳米带，具有特殊的电学性质，使其有希望成为未来纳米电子学的候选者：尽管石墨烯 —— 一个原子薄层，蜂窝状碳层 ——是导电材料，它可以成为纳米带形式的半导体。这意味着它具有足够大的能量或带隙，并且不存在电子状态：它有打开和关闭功能——因此它有可能成为纳米晶体管的关键组件。
然而，这些石墨烯带的原子结构中的微小细节对能隙的大小就有巨大的影响，因此对于晶体管的组件如何合适的纳米带有很大的影响。一方面，间隙取决于石墨烯带的宽度，另一方面取决于边缘的结构。由于石墨烯由等边六边形碳构成，所以边界可以具有锯齿形或所谓的扶手椅形状，这取决于带的方向。虽然锯齿形边缘的条带表现得像金属，即它们是导电的，但是它们是具有扶手椅边缘的半导体。
这对纳米带的生产提出了一个重大的挑战：如果从石墨烯层上切下带状物或者通过切割碳纳米管制成带状物，则边缘可能是不规则的，因此石墨烯带可能不会表现出所需的电特性。
用九个原子创建一个半导体
Empa的研究人员与美因茨马克斯普朗克聚合物研究所和加州大学伯克利分校合作，现在已经成功制备出9个原子宽的带状物，并且前体分子带有常规的扶手椅边缘。为此目的，使专门制备的分子在超高真空中蒸发。经过多个工艺后，它们就像金块上的拼图一样组合成宽度约1纳米，长度达50纳米的纳米带。
这些只能用扫描隧道显微镜才能看到的结构，现在有一个相当重要的问题是怎么精确限定能隙。这使得研究人员能够进一步将石墨烯带整合到纳米晶体管中。然而，最初的尝试并不是很成功：测量表明，“接通”状态（即施加电压）和“断开”状态（没有施加电压）之间的电流差异太小。问题是氧化硅的介电层，它将半导体层连接到电开关触点。为了获得所需的性能，它需要50纳米厚，但太厚又会影响电子的行为。
然而，研究人员随后使用氧化铪（HfO2）而不是氧化硅作为介电材料，成功地达到了所需效果。因此，现在这层只有1.5纳米厚，而“开”电流的厚度要高一些。
另一个问题是将石墨烯带结合到晶体管中。在未来，晶体管不应再位于晶体管基板上，而应精确地沿晶体管沟道排列。这将显着减少当前无功能的纳米晶体管的占比。
文章来自sciencedaily网站，原文题目为A transistor of graphene nanoribbons，由材料科技在线汇总整理。