Результаты исследований ученых из Великобритании доказали, что ультратонкие листы нитрида бора с гексагональной кристаллической решеткой могут использоваться в качестве идеального диэлектрика, служащего для построения электронных компонент будущего. Свойства, обнаруженные в ходе экспериментов, дают возможность судить о том, что такой материал в перспективе можно использовать в роли барьерного слоя, который зажат между двумя токопроводящими слоями в таких устройствах, как, например, сверхбыстрые туннельные транзисторы.

Ранее проведенные исследования показали, что листы нитрида бора отлично подходят для использования в качестве подложки под графеновую электронику. Кроме этого, материал целесообразно применять в роли барьерного слоя, который расположен между слоями графена, через который туннелируют заряженные частицы.

Однако, тонкие, толщиной в один атом, слои такого материала, которые в перспективе могли бы использоваться в гибкой электронике, до сих пор не достаточно хорошо были исследованы, несмотря на множество экспериментов, которые были направлены на изучение слоев нитрида бора. К счастью, группа ученых из University of Manchester, что в Великобритании, смогли своей работой восполнить именно этот пробел. В исследованиях также принимали участие ученые из Сингапура, Португалии и Нидерландов.

Группа ученых исследовала ультратонкие пленки нитрида бора на предмет его применимости в роли диэлектрической составляющей наноэлектронных компонент.

Одноатомные листы нитрида бора можно получить при помощи технологии отшелушивания или отслаивания. Благодаря такому способу возможно контролировать толщину материала с точностью вплоть до одного атома. Разумеется, такая методика применима и к другим диэлектрическим кристаллам, но преимущество нитрида бора состоит в том, что он гораздо лучше переносит этот процесс.

В результате получаются равномерные и тонкие образцы, обладающие всего несколькими дефектами. Из этого следует, что слой диэлектрика возможно сделать минимальной толщины, благодаря чему уменьшается размер самого устройства, или же применять в нем свойства, которые проявляются в одноатомных слоях.

Группа ученых в процессе своей работы рассмотрели электронные свойства туннельных диодов, или простейших компонент, в которых ультратонкий нитрид бора выступает в роли слоя-барьера, расположенного между пластинами графита, графена или золота.

Измерения были произведены на структурах, подобных «сэндвичу». К примеру, изучались устройства из следующих слоев: графен + нитрид бора + графен; золото + нитрид бора + золото; графит + нитрид бора + графит. Стоит отметить, что толщина слоя нитрида бора была в 1 — 4 атома. Как показали вольт-амперные показатели таких устройств, которые были измерены в достаточно широком температурном диапазоне, слой нитрида бора в один атом действительно является эффективным туннельным барьером. Ток в таком случае при увеличении толщины уменьшается. В журнале Nano Letters опубликованы подробные результаты работы.

Ученые пришли к выводу, что новый вид многослойных материалов, которые имеют толщину всего в несколько атомов, можно создать путем объединения нитрида бора и графена. Эти материалы имеют очень схожие параметры кристаллической решетки. Однако, нитрид бора – это изолятор, ширина энергетической запрещенной зоны которого превышает показатель 6 эВ, в то время как графен проявляет полуметаллические свойства.

Группа исследователей в дополнение к уже обнаруженным нитриду бора и графену планирует найти подходящий полупроводниковый слоистый материал. Они считают, что это даст возможность изобретать принципиально новые трехмерные наноструктуры, обладающие особыми электронными свойствами.