Những tấm cực mỏng boron nitride (h-BN) hình lục giác có thể dùng làm lớp điện môi lí tưởng trong các linh kiện điện tử trong tương lai, nhờ mức độ đồng đều cao ở cách thức các electron chui hầm qua chất liệu trên. Đó là khẳng định của một đội nghiên cứu quốc tế đang nghiên cứu làm thế nào dùng chất liệu trên làm một lớp hàng rào kẹp giữa hai lớp dẫn điện. Đội nghiên cứu tìm thấy dòng điện chui hầm phụ thuộc theo hàm số mũ vào số lượng lớp nguyên tử h-BN – xuống tới bề dày chỉ một lớp đơn. Theo các nhà nghiên cứu, kết quả trên ủng hộ cho việc sử dụng các h-BN trong các linh kiện điện tử, ví dụ như các dụng cụ chui hầm và các transistor hiệu ứng trường cực nhanh.
Giống như graphene, các tầm boron nitride (BN) chỉ dày một nguyên tử có thể chế tạo bằng cách bóc tách từ những mẩu dày hơn nhiều. Nhìn từ quan điểm kĩ thuật thì BN thật hấp dẫn vì người ta có thể tạo ra những mẩu chất này rất mỏng và rất đều với rất ít khiếm khuyết và – không giống như graphene – chất liệu này là chất cách điện.
“Khi các transistor ngày một nhỏ hơn, h-BN có khả năng là chất liệu tốt nhất để dùng làm lớp điện môi trong những linh kiện điện tử thu nhỏ như thế,” phát biểu của thành viên đội nghiên cứu, Liam Britnell tại trường Đại học Manchester ở Anh. Ông làm việc cùng với hai nhà khoa học giành giải Nobel Andre Geim và Konstantin Novoselov và những nhà khoa học khác ở Anh, Hà Lan, Singapore, Nga và Mĩ. Ngoài ra, Britnell tin rằng một họ mới của những cấu trúc cực mỏng, đa lớp có thể được tạo ra bằng cách kết hợp graphene và h-BN. Đây là vì hai chất liệu có hằng số mạng rất giống nhau, nhưng tính chất điện tử thì rất khác nhau.
Ảnh minh họa boron nitride kẹp giữa hai lớp graphene. Cũng thể hiện trong ảnh là các điện cực bằng vàng dùng để thực hiện các phép đo dòng điện-điện áp. (Ảnh: Nano Letters)
Chất liệu lí tưởng
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng khối BN có thể dùng làm chất nền lí tưởng cho lĩnh vực điện tử học graphene. BN còn có thể dùng làm lớp hàng rào để chặn electron chui hầm giữa hai lớp graphene và trong các transistor graphene chui hầm thẳng đứng khi nó dày hơn sáu lớp nguyên tử. “Việc nghiên cứu những lớp BN mỏng hơn nữa là cực kì hấp dẫn vì chất liệu này có thể dùng trong các ứng dụng điện tử linh hoạt, nhất là khi bề dày lớp chất có thể điều khiển ở thang bậc nguyên tử,” Britnell nói.
Trong nghiên cứu mới này, đội khoa học đã khảo sát tính chất điện tử của các diode chui hầm trong đó h-BN đóng vai trò là lớp hàng rào giữa những chất liệu dẫn khác nhau, ví dụ như graphene, graphite và vàng. Các phép đo dòng điện-điện áp qua dụng cụ thực hiện trên một ngưỡng nhiệt độ nhất định cho thấy một lớp h-BN đơn nguyên tử thật sự tác dụng giống như một hàng rào đường hầm hiệu dụng và dòng điện qua chất liệu giảm khi bề dày của nó tăng lên.
Cấu trúc kiểu sandwich
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các phép đo của họ trên vài loại dụng cụ mà họ đã chế tạo ra theo cấu trúc kiểu sandwich: vàng/BN/vàng, graphene/BN/graphene và graphite/BN/graphite. Lớp BN có bề dày khác nhau, từ một đến bốn lớp nguyên tử.
Britnell và các đồng sự cho biết hiện nay họ muốn tìm một chất liệu bán dẫn phân lớp thích hợp để bổ sung cho tính chất điện tử của cả BN lẫn graphene – graphene là một á kim. “Việc tìm kiếm một chất liệu như thế sẽ thật hấp dẫn, và nhóm chúng tôi thật sự đang tập trung vào xem xét graphene, h-BN và những chất liệu phân lớp khác và sau đó có lẽ kết hợp chúng để tạo ra những cấu trúc 3D mới. Hi vọng rằng chúng tôi có thể tìm thấy cơ sở vật lí mới hấp dẫn và khám phá ra những phương pháp khác, mới mẻ để chế tạo các dụng cụ điện tử,” Britnell nói.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nano Letters.
Trọng Nhân – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com
