新研究将硼苯和石墨烯整合到二维异质结构中

纳米材料可以提供许多新兴技术的基础，包括极其微小，灵活和透明的电子产品。

尽管许多纳米材料展现出令人鼓舞的电子特性，但科学家和工程师仍在努力将这些材料最好地集成在一起，最终用它们创建半导体和电路。

西北工程研究人员已经从石墨烯和硼苯中的两种材料创建了二维(2-D)异质结构，这是朝着由这些纳米材料创建集成电路的重要一步。

负责这项研究的沃尔特·P·墨菲(Walter P. Murphy)材料科学与工程学教授马克·赫尔萨姆(Mark Hersam)表示：“如果要破解智能手机内部的集成电路，就会看到许多不同的材料集成在一起。” “但是，我们已经达到了许多传统材料的极限。通过将诸如硼苯和石墨烯之类的纳米材料整合在一起，我们正在为纳米电子学开辟新的可能性。”

在海军研究办公室和国家科学基金会的支持下，研究结果于10月11日发表在《科学进展》杂志上。除Hersam之外，还获得了应用物理学博士学位。学生刘晓龙是该作品的合著者。

创建一种新型的异质结构

任何集成电路都包含许多执行不同功能的材料，例如导电或使组件保持电气隔离。但是，尽管电路中的晶体管变得越来越小(由于材料和制造的进步)，但它们已接近达到其最小尺寸的极限。

诸如石墨烯之类的超薄二维材料有可能绕过该问题，但是将二维材料集成在一起非常困难。这些材料只有一个原子厚，因此，如果两种材料的原子排列不完全，则集成不太可能成功。不幸的是，大多数二维材料在原子尺度上并不匹配，这对二维集成电路提出了挑战。

Borophene是Hersam和同事在2015年首次合成的二维二维硼，它具有多态性，这意味着硼可以具有许多不同的结构并使其适应环境。这使其成为与其他二维材料(例如石墨烯)结合的理想选择。

为了测试是否有可能将两种材料整合为一个异质结构，Hersam的实验室在同一衬底上同时生长了石墨烯和硼苯。他们首先生长石墨烯，因为它在较高的温度下生长，然后将硼沉积在同一衬底上，并使其在没有石墨烯的区域中生长。这个过程产生了横向界面，由于硼烯的适应性，两种材料在原子尺度上缝合在一起。

测量电子转换

实验室使用扫描隧道显微镜对二维异质结构进行了表征，发现跨界面的电子跃迁异常突然，这意味着它非常适合制造微型电子设备。

Hersam说：“这些结果表明，我们可以在未来制造出超高密度器件。” 最终，Hersam希望实现日益复杂的2-D结构，从而产生新颖的电子设备和电路。他和他的团队正在致力于用硼烷创建其他异质结构，并将其与越来越多的数百种已知二维材料相结合。

他说：“在过去的20年中，新材料已经实现了晶体管技术的小型化并相应提高了性能。” “二维材料有可能实现下一个飞跃。”