L'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ha annunciato un metodo per la produzione di massa di nanopiastrine di grafene co-drogate boro/azoto, che ha portato alla fabbricazione di un transistor ad effetto di campo (FET) a base di grafene con natura semiconduttiva. Questo apre opportunità per l'uso pratico nei dispositivi elettronici.

Il team di ricerca dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) guidato dal Prof. Jong-Beom Baek ha scoperto un metodo efficiente per la produzione di massa di nanopiastrine di grafene co-dopate boro/azoto (BCN-grafene) tramite una semplice reazione solvotermica di BBr3/CCl4/N2 in presenza di potassio. Questo lavoro è stato pubblicato in Angewandte Chemie Edizione Internazionale come un "documento molto importante".

Poiché il grafene è stato scoperto sperimentalmente nel 2004, è stato al centro di una vigorosa ricerca applicata grazie alle sue eccezionali proprietà come l'elevata superficie specifica, buone conducibilità termica ed elettrica, e molte altre proprietà.

Però, il suo tallone d'Achille è un band-gap evanescente per l'applicazione dei semiconduttori. Di conseguenza, non è adatto per applicazioni logiche, perché i dispositivi non possono essere spenti. Perciò, il grafene deve essere modificato per produrre un band-gap, se deve essere utilizzato in dispositivi elettronici.

Sono stati sfruttati vari metodi per realizzare transistor ad effetto di campo (FET) a base di grafene, compreso il doping di grafene, confezionando il grafene come un nanonastro, e utilizzando nitruro di boro come supporto. Tra i metodi per controllare il band-gap del grafene, i metodi di doping mostrano i più promettenti in termini di fattibilità su scala industriale.

Sebbene ricercatori leader a livello mondiale abbiano cercato di aggiungere boro nella struttura grafitica per aprire il suo band-gap per le applicazioni dei semiconduttori, non c'è stato ancora alcun successo notevole. Poiché la dimensione atomica del boro (85 pm) è maggiore di quella del carbonio (77 pm), è difficile inserire il boro nella struttura della rete grafitica.

Un nuovo protocollo sintetico sviluppato da un gruppo di ricerca dell'UNIST, una delle principali università coreane, ha rivelato che il co-doping boro/azoto è fattibile solo quando il tetracloruro di carbonio (CCl4) è trattato con boro tribromuro (BBr3) e azoto (N2) gas.

Per aiutare il boro-doping nella struttura del grafene, il gruppo di ricerca ha utilizzato l'azoto (70 pm), che è un po' più piccolo del carbonio e del boro. L'idea era molto semplice, ma il risultato è stato sorprendente. L'associazione di due atomi di azoto e due atomi di boro può compensare la mancata corrispondenza delle dimensioni atomiche. Così, coppie di boro e azoto possono essere facilmente introdotte nella rete grafitica. Il risultante grafene BCN genera un band-gap per i FET.

"Sebbene le prestazioni del FET non rientrino nelle gamme dei semiconduttori commerciali a base di silicio, questo lavoro di iniziativa dovrebbe essere la prova di un nuovo concetto e un grande balzo in avanti per lo studio del grafene con apertura del band-gap, " ha affermato il prof. Jong-Beom Baek.

"Credo che questo lavoro sia uno dei più grandi progressi nel considerare la fattibilità di un semplice approccio sintetico, " ha detto il dottorando Sun-Min Jung, il primo autore di questo articolo.

Il prof. Baek spiega il passo successivo:"Ora, la restante sfida è mettere a punto un band-gap per migliorare il rapporto di corrente on/off per le applicazioni dei dispositivi reali."