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Funzionalità del 6 marzo 2023

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

I ricercatori dell'Università di Kyushu, dell'Istituto nazionale di scienza e tecnologia industriale avanzata (AIST) e dell'Università di Osaka in Giappone hanno recentemente introdotto una nuova strategia per sintetizzare nitruro di boro esagonale multistrato (hBN), un materiale che potrebbe essere utilizzato per integrare diversi materiali 2D materiali nei dispositivi elettronici, preservandone le proprietà uniche. L'approccio proposto, delineato in un articolo pubblicato su Nature Electronics, potrebbe facilitare la fabbricazione di nuovi dispositivi basati sul grafene ad alte prestazioni.

"L'isolante 2D atomicamente piatto hBN è un materiale chiave per l'integrazione di materiali 2D in dispositivi elettronici", ha detto a Tech Xplore Hiroki Ago, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Ad esempio, la massima mobilità dei portatori nel grafene monostrato si ottiene solo quando è racchiuso da hBN multistrato. Anche la superconduttività osservata nel grafene a doppio strato ritorto necessita di hBN multistrato per isolarsi dall'ambiente."

Oltre al suo valore per la fabbricazione di dispositivi basati su grafene, l'hBN può essere utilizzato anche per integrare dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) nei dispositivi, ottenendo una forte fotoluminescenza e un'elevata mobilità dei portatori. Può anche essere utile per condurre studi incentrati sulla fisica del moiré.

Nonostante i suoi numerosi usi possibili, finora la sintesi di hBN di alta qualità si è rivelata impegnativa, soprattutto rispetto alla sintesi di altri materiali 2D. Gli hBN prodotti utilizzando i metodi esistenti sono generalmente troppo sottili o non omogenei.

"Sebbene siano stati ottenuti risultati promettenti utilizzando la deposizione chimica in fase vapore (CVD), questa è limitata solo al monostrato di hBN, ma il monostrato di hBN non è abbastanza spesso da schermare gli effetti ambientali", ha affermato Ago. "Pertanto, controllare lo spessore dell'hBN è ancora impegnativo a causa delle complesse interazioni tra le specie B e N e il substrato catalitico."

L'obiettivo chiave del recente studio di Ago e dei suoi colleghi era identificare una strategia per produrre hBN con uno spessore uniforme su scale diverse che soddisfino le esigenze di diversi dispositivi. Il team desiderava inoltre consentire la riuscita integrazione dell'hBN sintetizzato con il grafene, ottenendo dispositivi affidabili e altamente performanti su scala wafer.

La strategia che hanno ideato si basa sulla CVD, un processo chimico comunemente utilizzato per far crescere hBN e altri materiali 2D. Sebbene questo processo sia stato applicato in lavori precedenti, non sempre ha prodotto hBN omogeneo e di buona qualità.