讓半導體實現如同單原子層一樣輕薄,已不再是未來的夢想。由德國、美國和波蘭的研究人員共同組成的開發團隊打造出一種可能徹底改變電子學的二維(2D)材料。這種材料所具有的半導體特性使其看起來更適於先進應用,而且甚至比石墨烯更好。

最近一期的科學雜誌《ACS Nano》中介紹了這種新材料——其化學名稱為「六方硼 - 碳 - 氮」(h-BCN),其中包含了碳、硼與氮。「我們的開發結果可作為新一代電晶體、電子電路與感測器研發的起點,它也比現有電子元件更小。」

此外,德國拜羅伊特大學(University of Bayreuth)教授Axel Enders說,我們預期這種材料將會比互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor;CMOS)更明顯降低功耗。雖然CMOS已經達到進一步縮小電子電路的極限了,但這種新材料提供了巨大的潛力,甚至超越已被譽為未來奈米電子學最有前景的石墨烯材料。不過,這二者也具有非常相似的結構。

石墨烯是一種僅以2D交錯的碳原子晶格。因此,這種晶格的厚度薄如一個原子層。當這種材料被發現並進一步研究其結構時,其巨大的穩定度引起了全世界的熱情。石墨烯比鋼鐵更強100〜300倍,同時還具有卓越的導熱性和導電性。

然而,電子在任何電壓下都不受阻礙地流過材料;而且也沒有定義的開和關狀態。「因此,石墨烯並不適於作為電子元件。針對這種應用就需要半導體,因為它們提供了穩定度,以及可切換不同的狀態,」Enders解釋說。

研究人員們的想法是用硼和氮取代單個碳原子,使其得以形成具有半導體特性的2D晶格。在與美國內布拉斯加大學林肯分校(University of Lincoln-Nebraska)的研究人員們合作後,這項研究終於達成了目標。此外,包括波蘭克拉科夫大學(University of Krakow)、紐約州立大學(State University of New York)以及麻州塔夫斯大學(Tufts University)的研究夥伴們也為這項研做出了貢獻。

編譯:Susan Hong

(參考原文:single atomic layer semiconductors get within reach,by Christoph Hammerschmidt)