„Silicen“ – Versionsunterschied

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[[File:Silicene Cluster.jpg|thumb|Typische wellenförmige Struktur einer Silicen-Schicht.]]
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'''Silicen''' ({{enS|''silicene''}}) ist die Bezeichnung für eine zwei-dimensionale [[Allotrop]]e [[Polymorphie (Materialwissenschaft)|Modifikation]] des [[Silicium]]s, mit einer hexagonalen [[Bienenwabe|Wabenstruktur]], ähnlich der des [[Graphen]]s.


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'''Silicen''' ({{enS|''silicene''}}) ist die Bezeichnung für eine zwei-dimensionale [[Allotrop]]e [[Polymorphie (Materialwissenschaft)|Modifikation]] des [[Silizium]], mit einer hexagonalen [[Bienenwabe|Wabenstruktur]], ähnlich der des [[Graphen]]s.
== Geschichte ==
== Geschichte ==
Obwohl bereits mehrere Theorien über die Existenz und die Materialeigenschaften von Silicen spekulierten,<ref>Takeda, K.; Shiraishi, K. (1994): ''Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite.'' In: ''Physical Review'' B 50 (20): 14916.</ref><ref>Guzmán-Verri, G.; Lew Yan Voon, L. (2007): ''Electronic structure of silicon-based nanostructures.'' In: ''Physical Review'' B 76 (7).</ref><ref>Cahangirov, S.; Topsakal, M.; Aktürk, E.; Şahin, H.; Ciraci, S. (2009): ''Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium.'' In: ''Physical Review Letters'' 102 (23).</ref> wurden Siliziumstrukturen, die dem Silicen ähnlich sind, erst im Jahre 2010 beobachtet.<ref>Aufray, B.; Kara, A.; Vizzini, S. B.; Oughaddou, H.; LéAndri, C.; Ealet, B.; Le Lay, G. (2010): ''Graphene-like silicon nanoribbons on Ag(110): A possible formation of silicone.'' In: ''Applied Physics Letters'' 96 (18): 183102.</ref><ref>Lalmi, B.; Oughaddou, H.; Enriquez, H.; Kara, A.; Vizzini, S. B.; Ealet, B. N.; Aufray, B. (2010): ''Epitaxial growth of a silicene sheet.'' In: ''Applied Physics Letters'' 97 (22): 223109.</ref>
Obwohl bereits mehrere Theorien über die Existenz und die Materialeigenschaften von Silicen spekulierten,<ref>{{Literatur | Autor = Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi | Titel = Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite | Sammelwerk = Physical Review B | Band = 50 | Jahr = 1994 | Datum = 1994-11-15| Nummer = 20| Seiten = 14916–14922| DOI= 10.1103/PhysRevB.50.14916}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = Gian G. Guzmán-Verri, L. C. Lew Yan Voon | Titel = Electronic structure of silicon-based nanostructures | Sammelwerk = Physical Review B | Band = 76 | Jahr = 2007 | Datum = 2007-08-30| Nummer = 7| Seiten = 075131| DOI= 10.1103/PhysRevB.76.075131}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Aktürk, H. Şahin, S. Ciraci | Titel = Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 102 | Jahr = 2009 | Datum = 2009-06-12| Nummer = 23| Seiten = 236804| DOI= 10.1103/PhysRevLett.102.236804}}</ref> wurden Siliciumstrukturen, die dem Silicen ähnlich sind, erst im Jahre 2010 beobachtet.<ref>{{Literatur | Autor = Bernard Aufray, Abdelkader Kara, Sébastien Vizzini, Hamid Oughaddou, Christel Léandri, Benedicte Ealet, Guy Le Lay | Titel = Graphene-like silicon nanoribbons on Ag(110): A possible formation of silicene | Sammelwerk = Applied Physics Letters | Band = 96 | Jahr = 2010 | Datum = 2010-05-03| Nummer = 18| Seiten = 183102| DOI= 10.1063/1.3419932}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = Boubekeur Lalmi, Hamid Oughaddou, Hanna Enriquez, Abdelkader Kara, Sébastien Vizzini, Bénidicte Ealet, Bernard Aufray | Titel = Epitaxial growth of a silicene sheet | Sammelwerk = Applied Physics Letters | Band = 97 | Jahr = 2010 | Datum = 2010-11-29| Nummer = 22| Seiten = 223109| DOI= 10.1063/1.3524215}}</ref>

Mit Hilfe eines [[Rastertunnelmikroskop]]s war es möglich die [[Selbstassemblierung]] des Silicen, also die Ablagerung von Silicen-Nanobänder und Silicen-[[Monoschicht]]en – im Versuch durch die Ablagerung an einen [[Silber]][[kristall]] Ag(110) und Ag(111), auf [[Atombindung|atomarer Ebene]] zu untersuchen. Die Darstellungen zeigte [[Hexagon]]s in einer Wabenstruktur, die der des Graphens ähnlich ist. [[Dichtefunktionaltheorie (Quantenphysik)| Dichtefunktionaltheorie]] (DFT)−Berechnungen zeigten, dass Silizium-Atome dazu neigen an Wabenformen an Silber zu bilden, unter Ausprägung einer geringen Krümmung. Dieses Modell wurde jedoch für Si/Ag(110) wiederlegt, bei welchem sich die Wabenstrukturen ausschließlich am äußeren Bereich der Schichten bilden.<ref>Colonna, S.; Serrano, G.; Gori, P.; Cricenti, A.; Ronci, F. (2013): ''Systematic STM and LEED investigation of the Si/Ag(110) surface.'' In: ''Journal of Physics: Condensed Matter'' 25 (31): 315301.</ref>
Mit Hilfe eines [[Rastertunnelmikroskop]]s war es möglich die [[Selbstassemblierung]] des Silicen, also die Ablagerung von Silicen-Nanobänder und Silicen-[[Monoschicht]]en – im Versuch durch die Ablagerung an Ag[[Millersche Indizes|(110)]]- und Ag(111)-Oberflächen von [[Silber]][[kristall]]en , auf [[Atombindung|atomarer Ebene]] zu untersuchen. Die Darstellungen zeigte [[Hexagon]]s in einer Wabenstruktur, die der des Graphens ähnlich ist. [[Dichtefunktionaltheorie (Quantenphysik)| Dichtefunktionaltheorie]]-Berechnungen zeigten, dass Siliciumatome dazu neigen an Wabenformen an Silber zu bilden, unter Ausprägung einer geringen Krümmung. Dieses Modell wurde jedoch für Si/Ag(110) widerlegt, bei welchem sich die Wabenstrukturen ausschließlich am äußeren Bereich der Schichten bilden.<ref>{{Literatur | Autor = S. Colonna, G. Serrano, P. Gori, A. Cricenti, F. Ronci | Titel = Systematic STM and LEED investigation of the Si/Ag(110) surface | Sammelwerk = Journal of Physics: Condensed Matter | Band = 25 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-08-07| Nummer = 31| Seiten = 315301| DOI= 10.1088/0953-8984/25/31/315301}}</ref>
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[[File:Silicene buckling.svg|150px|thumbnail| Gekrümmte Struktur des hexagonalen Silicen-Rings.]]

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[[Datei:Silicene buckling.svg|mini| Gekrümmte Struktur des hexagonalen Silicen-Rings.]]


== Eigenschaften ==
== Eigenschaften ==
Im Jahre 2012 berichteten mehrere unabhängige Forschergruppen von geordneten Phasen an Ag(111) Silberkristallen.<ref name= "Vogt_Compelling" /><ref>Lin, C. L.; Arafune, R.; Kawahara, K.; Tsukahara, N.; Minamitani, E.; Kim, Y.; Takagi, N.; Kawai, M. (2012): ''Structure of Silicene Grown on Ag(111).'' In: ''Applied Physics Express'' 5 (4): 045802.</ref><ref>Feng, B.; Ding, Z.; Meng, S.; Yao, Y.; He, X.; Cheng, P.; Chen, L.; Wu, K. (2012): ''Evidence of Silicene in Honeycomb Structures of Silicon on Ag(111).'' In: ''Nano Letters'' 12 (7): 3507–3511</ref> Untersuchungen mithilfe der [[Photoemissionsspektroskopie#Winkelaufgel.C3.B6ste_Messungen_.28ARPES.29|winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie]] zeigten, dass Silicen eine ähnliche [[Elektronenkonfiguration]] wie Graphen hat. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine [[Dispersionsrelation|lineare Dispersion]] um den [[Brillouin-Zone |K-Punkt]] des Kristalls, <ref name="Vogt_Compelling"> Vogt, P.; De Padova, P.; Quaresima, C.; Avila, J.; Frantzeskakis, E.; Asensio, M. C.; Resta, A.; Ealet, B. N. D.; Le Lay, G. (2012). ''Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon.'' In: ''Physical Review Letters'' 108 (15)</ref> jedoch galt diese Interprätation umstritten.<ref>Guo, Z. X.; Furuya, S.; Iwata, J. I.; Oshiyama, A. (2013): ''Absence of Dirac Electrons in Silicene on Ag(111) Surfaces.'' In: ''Journal of the Physical Society of Japan'' 82 (6): 063714.</ref><ref>Arafune, R.; Lin, C. -L.; Nagao, R.; Kawai, M.; Takagi, N. (2013): ''Comment on "Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon."'' In: ''Physical Review Letters'' 110 (22).</ref><ref>Lin, C. L.; Arafune, R.; Kawahara, K.; Kanno, M.; Tsukahara, N.; Minamitani, E.; Kim, Y.; Kawai, M.; Takagi, N. (2013): ''Substrate-Induced Symmetry Breaking in Silicene.'' In: ''Physical Review Letters'' 110 (7).</ref><ref>Gori, P.; Pulci, O.; Ronci, F.; Colonna, S.; Bechstedt, F. (2013): ''Origin of Dirac-cone-like features in silicon structures on Ag(111) and Ag(110).'' In: ''Journal of Applied Physics'' 114 (11): 113710.</ref> Die Existenz von von masselosen Dirac-[[Fermion]]en (nach einem Modell der [[Dirac-Gleichung]]) in Silicen an Ag(111)-Kristallen wurde später durch [[Rastertunnelspektroskopie]]-Messungen bewiesen .<ref>Chen, L.; Liu, C. C.; Feng, B.; He, X.; Cheng, P.; Ding, Z.; Meng, S.; Yao, Y.; Wu, K. (2012): ''Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon.'' In: ''Physical Review Letters'' 109 (5).</ref>
Im Jahre 2012 berichteten mehrere unabhängige Forschergruppen von geordneten Phasen an Ag(111)-Kristallen.<ref name= "Vogt_Compelling" /><ref>{{Literatur | Autor = Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Noriaki Takagi, Maki Kawai | Titel = Structure of Silicene Grown on Ag(111) | Sammelwerk = Applied Physics Express | Band = 5 | Jahr = 2012 | Datum = 2012-04-01| Nummer = 4| Seiten = 045802| DOI= 10.1143/APEX.5.045802}} </ref><ref>{{Literatur | Autor = Baojie Feng, Zijing Ding, Sheng Meng, Yugui Yao, Xiaoyue He, Peng Cheng, Lan Chen, Kehui Wu | Titel = Evidence of Silicene in Honeycomb Structures of Silicon on Ag(111) | Sammelwerk = Nano Letters | Band = 12 | Jahr = 2012 | Datum = 2012-07-11| Nummer = 7| Seiten = 3507–3511| DOI= 10.1021/nl301047g}}</ref> Untersuchungen mithilfe der [[Photoemissionsspektroskopie#Winkelaufgel.C3.B6ste_Messungen_.28ARPES.29|winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie]] zeigten, dass Silicen eine ähnliche [[Elektronenkonfiguration]] wie Graphen hat. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine [[Dispersionsrelation|lineare Dispersion]] um den [[Brillouin-Zone |K-Punkt]] des Kristalls, <ref name="Vogt_Compelling">{{Literatur | Autor = Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis, Maria Carmen Asensio, Andrea Resta, Bénédicte Ealet, Guy Le Lay | Titel = Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 108 | Jahr = 2012 | Datum = 2012-04-12| Nummer = 15| Seiten = 155501| DOI= 10.1103/PhysRevLett.108.155501}}</ref> jedoch galt diese Interpretation umstritten.<ref>{{Literatur | Autor = Zhi-Xin Guo, Shinnosuke Furuya, Jun-ichi Iwata, Atsushi Oshiyama | Titel = Absence of Dirac Electrons in Silicene on Ag(111) Surfaces | Sammelwerk = Journal of the Physical Society of Japan | Band = 82 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-05-29| Nummer = 6| Seiten = 063714| DOI= 10.7566/JPSJ.82.063714}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = R. Arafune, C.-L. Lin, R. Nagao, M. Kawai, N. Takagi | Titel = Comment on “Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon” | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 110 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-05| Nummer = 22| DOI= 10.1103/PhysRevLett.110.229701}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Mao Kanno, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Maki Kawai, Noriaki Takagi | Titel = Substrate-Induced Symmetry Breaking in Silicene | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 110 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-02-11| Nummer = 7| Seiten = 076801| DOI= 10.1103/PhysRevLett.110.076801}}</ref><ref>{{Literatur | Autor = Paola Gori, Olivia Pulci, Fabio Ronci, Stefano Colonna, Friedhelm Bechstedt | Titel = Origin of Dirac-cone-like features in silicon structures on Ag(111) and Ag(110) | Sammelwerk = Journal of Applied Physics | Band = 114 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-09-21| Nummer = 11| Seiten = 113710| DOI= 10.1063/1.4821339}}</ref> Die Existenz von von masselosen Dirac-[[Fermion]]en (nach einem Modell der [[Dirac-Gleichung]]) in Silicen an Ag(111)-Kristallen wurde später durch [[Rastertunnelspektroskopie]]-Messungen bewiesen .<ref>{{Literatur | Autor = Lan Chen, Cheng-Cheng Liu, Baojie Feng, Xiaoyue He, Peng Cheng, Zijing Ding, Sheng Meng, Yugui Yao, Kehui Wu | Titel = Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 109 | Jahr = 2012 | Datum = 2012-08-03| Nummer = 5| Seiten = 056804| DOI= 10.1103/PhysRevLett.109.056804}}</ref>

Silicen ist nicht vollkommen planar, sondern weist leichte, regelmäßige Krümmungen innerhalb der Ringe von 0,44 [[Ångström (Einheit)|Å]] (bei einer Bindungslänge von 2.28 Å) auf, resultierend in einer regelmäßigen Wellenform der einzelnen Schichten.<ref name="Scalise_properties"> Scalise, E.; Houssa, M.; Pourtois, G.; van den Broek, B.; Afanas’ev, V.; Stesmans, A. (2013): ''Vibrational properties of silicene and germanene.'' In: ''Nano Research'' 6(1): 19–28.</ref> Da die [[Hydrierung]] des Silicens zu einem [[Silan]] [[Exotherme Reaktion|exotherm]] verläuft, wird vermutet, dass diese Applikation zur [[Wasserstoffspeicherung]] eingesetzt werden kann.
Silicen ist nicht vollkommen planar, sondern weist leichte, regelmäßige Krümmungen innerhalb der Ringe von 0,44&nbsp;[[Ångström (Einheit)|Å]] (bei einer Bindungslänge von 2,28&nbsp;Å) auf, resultierend in einer regelmäßigen Wellenform der einzelnen Schichten.<ref name="Scalise_properties">{{Literatur | Autor = Emilio Scalise, Michel Houssa, Geoffrey Pourtois, B. van den Broek, Valery Afanas’ev, André Stesmans | Titel = Vibrational properties of silicene and germanene | Sammelwerk = Nano Research | Band = 6 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-01-01| Nummer = 1| Seiten = 19–28| DOI= 10.1007/s12274-012-0277-3}}</ref> Da die [[Hydrierung]] des Silicens zu einem [[Silan]] [[Exotherme Reaktion|exotherm]] verläuft, wird vermutet, dass diese Applikation zur [[Wasserstoffspeicherung]] eingesetzt werden kann.
Als Ursache der unebenen Struktur des Silicen-Rings wird der Pseudo-[[Jahn-Teller-Effekt]] (PJT) angegeben. Dies wird verursacht durch eine [[vibronische Kopplung]] der [[Molekülorbitaltheorie|unbesetzten Molekülorbitale]] (engl. unoccupied molecular orbital, kurz UMO) mit den besetzten Molekülorbitalen (engl. occupied molecular orbital, kurz OMO). Diese Orbitale haben ein ähnlich hohes Energieniveau, um die Krümmung des sonst hochsymmetrischen Silicen-Rings zu verursachen. Durch Zugabe von [[Lithium]]ionen kann der Abstand des Energieniveaus zwischen UMO und OMO vergrößert werden, was in einer Unterdrückung des PJTs und somit in einer Abflachung der Struktur resultiert.<ref name="Jose_Structures">Jose, D.; Datta, A. (2014): ''Structures and Chemical Properties of Silicene: Unlike Graphene.'' In: ''Accounts of Chemical Research'' 47 (2): 593.</ref>
Als Ursache der unebenen Struktur des Silicen-Rings wird der [[Pseudo-Jahn-Teller-Effekt]] (PJT-Effekt) angegeben. Dies wird verursacht durch eine [[vibronische Kopplung]] der [[Molekülorbitaltheorie|unbesetzten Molekülorbitale]] (engl. {{lang|en|''unoccupied molecular orbital''}}, kurz UMO) mit den besetzten Molekülorbitalen (engl. {{lang|en|''occupied molecular orbital''}}, kurz OMO). Diese Orbitale haben ein ähnlich hohes Energieniveau, um die Krümmung des sonst hochsymmetrischen Silicen-Rings zu verursachen. Durch Zugabe von [[Lithium]]ionen kann der Abstand des Energieniveaus zwischen UMO und OMO vergrößert werden, was in einer Unterdrückung des PJTs und somit in einer Abflachung der Struktur resultiert.<ref name="Jose_Structures">{{Literatur | Autor = Deepthi Jose, Ayan Datta | Titel = Structures and Chemical Properties of Silicene: Unlike Graphene | Sammelwerk = Accounts of Chemical Research | Band = 47 | Jahr = 2014 | Datum = 2014-02-18| Nummer = 2| Seiten = 593–602| DOI= 10.1021/ar400180e}}</ref>
Zusätzlich zur möglichen Kompabilität mit bereits existierenden Halbleitertechnologien, hat Silicen den Vorteil, dass die Schichtenränder keinerlei [[Reaktivität (Chemie)|Reaktivität]] mit Luft[[sauerstoff]] zeigten.<ref>Padova, P. D.; Leandri, C.; Vizzini, S.; Quaresima, C.; Perfetti, P.; Olivieri, B.; Oughaddou, H.; Aufray, B.; Le Lay, G. L. (2008): ''Burning Match Oxidation Process of Silicon Nanowires Screened at the Atomic Scale.'' In: ''Nano Letters'' 8 (8): 2299–2304.</ref>
Zusätzlich zur möglichen Kompabilität mit bereits existierenden Halbleitertechnologien, hat Silicen den Vorteil, dass die Schichtenränder keinerlei [[Reaktivität (Chemie)|Reaktivität]] mit Luft[[sauerstoff]] zeigten.<ref>{{Literatur | Autor = Paola De Padova, Christel Leandri, Sebastien Vizzini, Claudio Quaresima, Paolo Perfetti, Bruno Olivieri, Hamid Oughaddou, Bernard Aufray, Guy Le Lay | Titel = Burning Match Oxidation Process of Silicon Nanowires Screened at the Atomic Scale | Sammelwerk = Nano Letters | Band = 8 | Jahr = 2008 | Datum = 2008-08-01| Nummer = 8| Seiten = 2299–2304| DOI= 10.1021/nl800994s}}</ref>
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Die Ausprägung von Silicen-Monoschichten wurde neben Silber außerdem an weiteren Kristallen beobachtet, wie [[Zirkoniumdiborid]],<ref>Fleurence, A.; Friedlein, R.; Ozaki, T.; Kawai, H.; Wang, Y.; Yamada-Takamura, Y. (2012): ''Experimental Evidence for Epitaxial Silicene on Diboride Thin Films.'' In: ''Physical Review Letters'' 108 (24).</ref> und [[Iridium]].<ref>Meng, L.; Wang, Y.; Zhang, L.; Du, S.; Wu, R.; Li, L.; Zhang, Y.; Li, G.; Zhou, H.; Hofer, W. A.; Gao, H. J. (2013): ''Buckled Silicene Formation on Ir(111).'' In: ''Nano Letters'' 13 (2): 685–690</ref> Theoretische Untersuchungen ergaben, dass Silicen an Al(111) eine stabile wabenförmige Schicht bildet, sowie ein sogenanntes "polygonales Silicen", dessen Struktur aus 3-, 4-, 5- und 6-atomigen Ringen besteht.<ref>Morishita, T.; Spencer, M. J. S.; Kawamoto, S.; Snook, I. K. (2013): ''A New Surface and Structure for Silicene: Polygonal Silicene Formation on the Al(111) Surface.'' In: ''The Journal of Physical Chemistry'' C 117 (42): 22142.</ref>

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Die Ausprägung von Silicen-Monoschichten wurde neben Silber außerdem an weiteren Kristallen beobachtet, wie [[Zirkoniumdiborid]],<ref>{{Literatur | Autor = Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, Taisuke Ozaki, Hiroyuki Kawai, Ying Wang, Yukiko Yamada-Takamura | Titel = Experimental Evidence for Epitaxial Silicene on Diboride Thin Films | Sammelwerk = Physical Review Letters | Band = 108 | Jahr = 2012 | Datum = 2012-06-11| Nummer = 24| Seiten = 245501| DOI= 10.1103/PhysRevLett.108.245501}}</ref> und [[Iridium]].<ref>{{Literatur | Autor = Lei Meng u. a. | Titel = Buckled Silicene Formation on Ir(111) | Sammelwerk = Nano Letters | Band = 13 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-02-13| Nummer = 2| Seiten = 685–690| DOI= 10.1021/nl304347w}}</ref> Theoretische Untersuchungen ergaben, dass Silicen an Al(111) eine stabile wabenförmige Schicht bildet, sowie ein sogenanntes „polygonales Silicen“, dessen Struktur aus 3-, 4-, 5- und 6-atomigen Ringen besteht.<ref>{{Literatur | Autor = Tetsuya Morishita, Michelle J. S. Spencer, Shuhei Kawamoto, Ian K. Snook | Titel = A New Surface and Structure for Silicene: Polygonal Silicene Formation on the Al(111) Surface | Sammelwerk = The Journal of Physical Chemistry C | Band = 117 | Jahr = 2013 | Datum = 2013-10-24| Nummer = 42| Seiten = 22142–22148| DOI= 10.1021/jp4080898}}</ref>
Es wird weiterhin angenommen, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens stark abhängig von dem Kristall sind, an dem sich das Silicen bildet. <ref name="Scalise_properties" /><ref name="Jose_Structures" />
Es wird weiterhin angenommen, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens stark abhängig von dem Kristall sind, an dem sich das Silicen bildet. <ref name="Scalise_properties" /><ref name="Jose_Structures" />

=== Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Silicen und Graphen ===
=== Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Silicen und Graphen ===
[[Silizium]]- und [[Kohlenstoff]]atome haben eine Vielzahl ähnlicher Eigenschaften. Sie befinden sic h im [[Periodensystem]] innerhalb der selben Hauptgruppe (siehe: [[Kohlenstoffgruppe]]) und bilden s-p<sup>2</sup> [[Hybridorbital]]e. Die [[2D]]-Strukturen of Silicen und Graphen weisen ebenfalls eine hohe Anzahl an Ähnlichkeiten auf, haben jedoch signifikante Unterscheidungsmerkmale. Während beide Schichten aus hexagonalen Wabenstrukturen bestehen, ist die Graphenschicht flach, während die Silicenschicht leicht gewellt und gekrümmt ist. Diese Krümmung verleiht Silicen in Anwesenheit eines externen [[Elektrisches Feld|elektrischen Feldes]] eine einstellbare [[Bandlücke]]. Im Gegensatz zu Graphit, welches aus Graphen-Schichten besteht, die durch schwache [[London-Kraft|London-Kräfte]] verbunden sind, sind die Bindungskräfte innerhalb der Monochichten bei Silicen vergleichsweise stark. Da die Siliziumringe jedoch keine [[π-π-Wechselwirkung]]en ausbilden, kommt es bei Silicen nicht zu einer [[Graphit#Kristallstruktur|Graphitartigen]] Zusammenklumpung der Ringe zu [[Fullerene|Fulleren]]artigen Gebilden.<ref name="Jose_Structures" />
Silicium- und [[Kohlenstoff]]atome haben eine Vielzahl ähnlicher Eigenschaften. Sie befinden sic h im [[Periodensystem]] innerhalb der selben Hauptgruppe (siehe: [[Kohlenstoffgruppe]]) und bilden sp<sup>2</sup>-[[Hybridorbital]]e. Die [[2D]]-Strukturen of Silicen und Graphen weisen ebenfalls eine hohe Anzahl an Ähnlichkeiten auf, haben jedoch signifikante Unterscheidungsmerkmale. Während beide Schichten aus hexagonalen Wabenstrukturen bestehen, ist die Graphenschicht flach, während die Silicenschicht leicht gewellt und gekrümmt ist. Diese Krümmung verleiht Silicen in Anwesenheit eines externen [[Elektrisches Feld|elektrischen Feldes]] eine einstellbare [[Bandlücke]]. Im Gegensatz zu Graphit, welches aus Graphen-Schichten besteht, die durch schwache [[London-Kraft|London-Kräfte]] verbunden sind, sind die Bindungskräfte innerhalb der Monochichten bei Silicen vergleichsweise stark. Da die Siliciumringe jedoch keine [[π-π-Wechselwirkung]]en ausbilden, kommt es bei Silicen nicht zu einer [[Graphit#Kristallstruktur|graphitartigen]] Zusammenklumpung der Ringe zu [[Fullerene|Fulleren]]artigen Gebilden.<ref name="Jose_Structures" />
Silicen und Graphen haben eine ähnliche [[Elektronenkonfiguration]]. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine [[Dispersionsrelation|lineare Dispersion]] um den [[Brillouin-Zone |K-Punkt]] des Kristalls. Beide haben außerdem einen [[Quanten-Hall-Effekt#Quanten-Spin-Hall-Effekt|Quanten-Spin-Hall-Effekt]].<ref name="Jose_Structures" />
Silicen und Graphen haben eine ähnliche [[Elektronenkonfiguration]]. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine [[Dispersionsrelation|lineare Dispersion]] um den [[Brillouin-Zone |K-Punkt]] des Kristalls. Beide haben außerdem einen [[Quanten-Hall-Effekt#Quanten-Spin-Hall-Effekt|Quanten-Spin-Hall-Effekt]].<ref name="Jose_Structures" />


=== Silicen-Schichten mit funktionellen Gruppen ===
=== Silicen-Schichten mit funktionellen Gruppen ===
Neben der reinen Silicenstruktur, ist es Wissenschaftlern bereits gelungen, [[Organische Chemie|organo]]-modifizierte Monoschichten mit [[Phenyl]]ringen als [[funktionelle Gruppen]] an den freien Elektronen herzustellen.<ref>Sugiyama, Y.; Okamoto, H.; Mitsuoka, T.; Morikawa, T.; Nakanishi, K.; Ohta, T.; Nakano, H. (2010): ''Synthesis and Optical Properties of Monolayer Organosilicon Nanosheets.'' In: ''Journal of the American Chemical Society'' 132 (17): 5946–7.</ref> Diese Einbringung der funktionellen Gruppen ermöglicht eine [[Dispersion (Chemie)|Dispersion]] der Schicht in [[Organisches Lösungsmittel|organischen Lösungsmitteln]]. Diese ersten Applikationen zeigen die Möglichkeit für eine Vielzahl an neuen funktionalisierten [[Organosiliciumverbindungen]] und -nanosheets.
Neben der reinen Silicenstruktur, ist es Wissenschaftlern bereits gelungen, [[Organische Chemie|organo]]-modifizierte Monoschichten mit [[Phenyl]]ringen als [[funktionelle Gruppen]] an den freien Elektronen herzustellen.<ref>{{Literatur | Autor = Yusuke Sugiyama, Hirotaka Okamoto, Takuya Mitsuoka, Takeshi Morikawa, Koji Nakanishi, Toshiaki Ohta, Hideyuki Nakano| Titel = Synthesis and Optical Properties of Monolayer Organosilicon Nanosheets | Sammelwerk = Journal of the American Chemical Society | Band = 132 | Jahr = 2010 | Datum = 2010-05-05| Nummer = 17| Seiten = 5946–5947| DOI= 10.1021/ja100919d}}</ref> Diese Einbringung der funktionellen Gruppen ermöglicht eine [[Dispersion (Chemie)|Dispersion]] der Schicht in [[Organisches Lösungsmittel|organischen Lösungsmitteln]]. Diese ersten Applikationen zeigen die Möglichkeit für eine Vielzahl an neuen funktionalisierten [[Organosiliciumverbindungen]] und -[[nanosheet]]s.
DFT Berechnungen und [[Moleküldynamik]]-Simulationen des organomodifizierten Silicens ergaben, dass die Schichten durch die [[Sp3-Hybridisierung|sp<sup>3</sup> -Hybridisierung)]] stabilisiert werden und eine hohe Bandlücke von 1.92 eV aufweisen.<ref>Spencer, M. J. S.; Morishita, T.; Mikami, M.; Snook, I. K.; Sugiyama, Y.; Nakano, H. (2011): ''The electronic and structural properties of novel organomodified Si nanosheets.'' In: ''Physical Chemistry Chemical Physics'' 13 (34): 15418–22.</ref> Daher wird vermutet, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens auch durch die Änderung von angehefteten funktionellen Gruppen modifiziert werden können.
DFT-Berechnungen und [[Moleküldynamik]]-Simulationen des organomodifizierten Silicens ergaben, dass die Schichten durch die [[Sp3-Hybridisierung|sp<sup>3</sup>-Hybridisierung)]] stabilisiert werden und eine hohe Bandlücke von 1,92&nbsp;eV aufweisen.<ref>{{Literatur | Autor = Michelle J. S. Spencer, Tetsuya Morishita, Masuhiro Mikami, Ian K. Snook, Yusuke Sugiyama, Hideyuki Nakano | Titel = The electronic and structural properties of novel organomodified Si nanosheets | Sammelwerk = Physical Chemistry Chemical Physics | Band = 13 | Jahr = 2011 | Datum = 2011-08-16| Nummer = 34| Seiten = 15418–15422| DOI= 10.1039/C1CP21544B}}</ref> Daher wird vermutet, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens auch durch die Änderung von angehefteten funktionellen Gruppen modifiziert werden können.


== Mögliche Bedeutung für die Halbleitertechnik ==
== Mögliche Bedeutung für die Halbleitertechnik ==
Bereits frühe Studien zu Silicen haben gezeigt, dass es möglich ist die [[Bandlücke]] des Siliziums, durch [[Dotierung]], also durch gezielten elementaren Verunreinigungen der Siliziumstruktur, zu justieren.<ref name="Zhong_Gap">Ni, Z.; Zhong, H.; Jiang, X.; Quhe, R.; Luo, G.; Wang, Y.; Ye, M.; Yang, J.; Shi, J.; Lu, J. (2014): ''Tunable band gap and doping type in silicene by surface adsorption: Towards tunneling transistors.'' In: ''Nanoscale'' 6 (13): 7609.</ref> Die Bandlücke kann auf bis zu 0.1eV reduziert werden, was deutlich geringer ist, als eine Bandlücke von 0,4eV, die typischerweise für konventionelle [[Feldeffekttransistor]]en angegeben wird.<ref name="Zhong_Gap" />
Bereits frühe Studien zu Silicen haben gezeigt, dass es möglich ist die [[Bandlücke]] des Siliciums, durch [[Dotierung]], also durch gezielten elementaren Verunreinigungen der Siliciumstruktur, zu justieren.<ref name="Zhong_Gap">{{Literatur | Autor =Zeyuan Ni, Hongxia Zhong, Xinhe Jiang, Ruge Quhe, Guangfu Luo, Yangyang Wang, Meng Ye, Jinbo Yang, Junjie Shi, Jing Lu| Titel = Tunable band gap and doping type in silicene by surface adsorption: towards tunneling transistors | Sammelwerk = Nanoscale | Band = 6 | Jahr = 2014 | Datum = 2014-06-13| Nummer = 13| Seiten = 7609–7618| DOI= 10.1039/C4NR00028E}} </ref> Die Bandlücke kann auf bis zu 0,1&nbsp;eV reduziert werden, was deutlich geringer ist, als eine Bandlücke von 0,4&nbsp;eV, die typischerweise für konventionelle [[Feldeffekttransistor]]en angegeben wird.<ref name="Zhong_Gap" /><!-- Nutzen der Aussage unklar-->
Eine [[Dotierung#p-_und_n-Dotierung|N-Dotierung]] des Silicens kann durch ein [[Alkali Metall]] indiziert werden, wobei die Menge des Alkalimetalls einen direkten Einfluss auf die Bandlücke hat. Auf diese Weise kann eine Maximale Bandlücke von 0.5eV erzielt werden. Jedoch werden mit diesem Verfahren ausschließlich N-Dotierte [[Halbleiter]] gewonnen, während man nach heutigem Standard Halbleiter benötigt, die eine N- und eine P-Dotierung zulassen. Hierfür kann ein separates [[Chemisches Element|Element]] eingefügt werden, welches zu einer P-Dotierung des Silicens führt – wobei sich [[Iridium]] (Ir) als geeignetes Element für diesen Vorgang erwiesen hat. Durch eine Dotierung des Silicens mit [[Platin]] (Pt) war es möglich eine [[Intrinsische Leitfähigkeit]] des Materials zu bewirken (auch als I-Dotierung bezeichnet. Durch eine Kombination von P-, I- und N-Dotierung wird Silicen ein breites Anwendungsspektrum in der Elektrotechnik zugeschrieben, z.B. in der Applikation der [[pin-Diode]].<ref name="Zhong_Gap" />
Eine [[Dotierung#p-_und_n-Dotierung|n-Dotierung]] des Silicens kann durch ein [[Alkalimetall]] indiziert werden, wobei die Menge des Alkalimetalls einen direkten Einfluss auf die Bandlücke hat. Auf diese Weise kann eine Maximale Bandlücke von 0,5&nbsp;eV erzielt werden. Jedoch werden mit diesem Verfahren ausschließlich n-dotierte [[Halbleiter]] gewonnen, während man nach heutigem Standard (vgl. [[CMOS]]) Halbleiter benötigt, die eine n- und eine p-Dotierung zulassen. Hierfür kann ein separates [[Chemisches Element|Element]] eingefügt werden, welches zu einer p-Dotierung des Silicens führt – wobei sich [[Iridium]] (Ir) als geeignetes Element für diesen Vorgang erwiesen hat. Durch eine Dotierung des Silicens mit [[Platin]] (Pt) war es möglich eine [[Intrinsische Leitfähigkeit]] des Materials zu bewirken (auch als i-Dotierung bezeichnet. Durch eine Kombination von p-, i- und n-Dotierung wird Silicen ein breites Anwendungsspektrum in der Elektrotechnik zugeschrieben, z.&nbsp;B. in der Applikation der [[pin-Diode]].<ref name="Zhong_Gap" />


Für die [[Nanoelektronik]] sind die Verluste in konventionellen [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor]]en (engl. Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor, kurz MOSFET)ein großes Problem. [[Tunnel Feldeffekttransistor]]en (TFET) könnte hierfür eine Alternative für die konventionellen MOSFETs sein, da diese eine niedrigere [[Versorgungsspannung]] benötigen und bei der Annäherung an die Schwellenspannung des Transistors einen niedrigeren Abfall verzeichnen – beides Faktoren, die zu geringeren Verlusten führen. Im Simulationen wurde gezeigt, dass silicenbasierte TFETs hierbei traditionelle Siliziumbasierte MOSFETs übertreffen. Silicen TFETs haben einen Durchlassstrom größer als 1mA/μm, eine Schwellenspannung von 77mV/dec und benötigen eine Versorgungsspannung von 1.7 V. Der hohe Durchlassstrom kombiniert mit der niedrigen Versorgungsspannung führt zu Verlustfaktoren, die deutlich besser, als die der konventionellen MOSFETs und anderer TFETs, sind.<ref name="Zhong_Gap" />
Für die [[Nanoelektronik]] sind die Verluste in konventionellen [[Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor]]en (engl. {{lang|en|''Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor''}}, kurz MOSFET)ein großes Problem. [[Tunnel-Feldeffekttransistor]]en (TFET) könnte hierfür eine Alternative für die konventionellen MOSFETs sein, da diese eine niedrigere [[Versorgungsspannung]] benötigen und bei der Annäherung an die Schwellenspannung des Transistors einen niedrigeren Abfall verzeichnen – beides Faktoren, die zu geringeren Verlusten führen. Im Simulationen wurde gezeigt, dass silicenbasierte TFETs hierbei traditionelle siliciumbasierte MOSFETs übertreffen. Silicen-TFETs haben einen Durchlassstrom größer als 1&nbsp;mA/μm, eine Schwellenspannung von 77&nbsp;mV/dec und benötigen eine Versorgungsspannung von 1,7&nbsp;V. Der hohe Durchlassstrom kombiniert mit der niedrigen Versorgungsspannung führt zu Verlustfaktoren, die deutlich besser, als die der konventionellen MOSFETs und anderer TFETs, sind.<ref name="Zhong_Gap" />

== Literatur ==
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* {{Cite journal |author = Abdelkader Kara, Hanna Enriquez, Ari Paavo Seitsonen, Lok C. Lew Yan Voon, Sébatien Vizzini, Bernard Aufray and Hamid Oughaddou|journal = Surface Science Reports |volume = 67|page = 1|year = 2012 |title = A Review on Silicene – new candidate for electronics|doi=10.1016/j.surfrep.2011.10.001|bibcode = 2012SurSR..67....1K}}


== Weblinks ==
== Weblinks ==
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* {{Cite journal |author = Abdelkader Kara, Hanna Enriquez, Ari Paavo Seitsonen, Lok C. Lew Yan Voon, Sébatien Vizzini, Bernard Aufray and Hamid Oughaddou|journal = Surface Science Reports |volume = 67|page = 1|year = 2012 |title = A Review on Silicene – new candidate for electronics|doi=10.1016/j.surfrep.2011.10.001|bibcode = 2012SurSR..67....1K }}
* {{cite news|last=Anthony|first=Sebastian|title=Silicene discovered: Single-layer silicon that could beat graphene to market|url=http://www.extremetech.com/computing/127887-silicene-discovered-single-layer-silicon-that-could-beat-graphene-to-market|date=2012-04-30}}
* {{cite news|last=Anthony|first=Sebastian|title=Silicene discovered: Single-layer silicon that could beat graphene to market|url=http://www.extremetech.com/computing/127887-silicene-discovered-single-layer-silicon-that-could-beat-graphene-to-market|date=2012-04-30}}

== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references />
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Version vom 19. September 2014, 23:15 Uhr

Typische wellenförmige Struktur einer Silicen-Schicht.

Silicen (englisch silicene) ist die Bezeichnung für eine zwei-dimensionale Allotrope Modifikation des Siliciums, mit einer hexagonalen Wabenstruktur, ähnlich der des Graphens.

Geschichte

Obwohl bereits mehrere Theorien über die Existenz und die Materialeigenschaften von Silicen spekulierten,[1][2][3] wurden Siliciumstrukturen, die dem Silicen ähnlich sind, erst im Jahre 2010 beobachtet.[4][5]

Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops war es möglich die Selbstassemblierung des Silicen, also die Ablagerung von Silicen-Nanobänder und Silicen-Monoschichten – im Versuch durch die Ablagerung an Ag(110)- und Ag(111)-Oberflächen von Silberkristallen , auf atomarer Ebene zu untersuchen. Die Darstellungen zeigte Hexagons in einer Wabenstruktur, die der des Graphens ähnlich ist. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen zeigten, dass Siliciumatome dazu neigen an Wabenformen an Silber zu bilden, unter Ausprägung einer geringen Krümmung. Dieses Modell wurde jedoch für Si/Ag(110) widerlegt, bei welchem sich die Wabenstrukturen ausschließlich am äußeren Bereich der Schichten bilden.[6]

Gekrümmte Struktur des hexagonalen Silicen-Rings.

Eigenschaften

Im Jahre 2012 berichteten mehrere unabhängige Forschergruppen von geordneten Phasen an Ag(111)-Kristallen.[7][8][9] Untersuchungen mithilfe der winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie zeigten, dass Silicen eine ähnliche Elektronenkonfiguration wie Graphen hat. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine lineare Dispersion um den K-Punkt des Kristalls, [7] jedoch galt diese Interpretation umstritten.[10][11][12][13] Die Existenz von von masselosen Dirac-Fermionen (nach einem Modell der Dirac-Gleichung) in Silicen an Ag(111)-Kristallen wurde später durch Rastertunnelspektroskopie-Messungen bewiesen .[14]

Silicen ist nicht vollkommen planar, sondern weist leichte, regelmäßige Krümmungen innerhalb der Ringe von 0,44 Å (bei einer Bindungslänge von 2,28 Å) auf, resultierend in einer regelmäßigen Wellenform der einzelnen Schichten.[15] Da die Hydrierung des Silicens zu einem Silan exotherm verläuft, wird vermutet, dass diese Applikation zur Wasserstoffspeicherung eingesetzt werden kann. Als Ursache der unebenen Struktur des Silicen-Rings wird der Pseudo-Jahn-Teller-Effekt (PJT-Effekt) angegeben. Dies wird verursacht durch eine vibronische Kopplung der unbesetzten Molekülorbitale (engl. unoccupied molecular orbital, kurz UMO) mit den besetzten Molekülorbitalen (engl. occupied molecular orbital, kurz OMO). Diese Orbitale haben ein ähnlich hohes Energieniveau, um die Krümmung des sonst hochsymmetrischen Silicen-Rings zu verursachen. Durch Zugabe von Lithiumionen kann der Abstand des Energieniveaus zwischen UMO und OMO vergrößert werden, was in einer Unterdrückung des PJTs und somit in einer Abflachung der Struktur resultiert.[16] Zusätzlich zur möglichen Kompabilität mit bereits existierenden Halbleitertechnologien, hat Silicen den Vorteil, dass die Schichtenränder keinerlei Reaktivität mit Luftsauerstoff zeigten.[17]

Die Ausprägung von Silicen-Monoschichten wurde neben Silber außerdem an weiteren Kristallen beobachtet, wie Zirkoniumdiborid,[18] und Iridium.[19] Theoretische Untersuchungen ergaben, dass Silicen an Al(111) eine stabile wabenförmige Schicht bildet, sowie ein sogenanntes „polygonales Silicen“, dessen Struktur aus 3-, 4-, 5- und 6-atomigen Ringen besteht.[20] Es wird weiterhin angenommen, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens stark abhängig von dem Kristall sind, an dem sich das Silicen bildet. [15][16]

Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Silicen und Graphen

Silicium- und Kohlenstoffatome haben eine Vielzahl ähnlicher Eigenschaften. Sie befinden sic h im Periodensystem innerhalb der selben Hauptgruppe (siehe: Kohlenstoffgruppe) und bilden sp2-Hybridorbitale. Die 2D-Strukturen of Silicen und Graphen weisen ebenfalls eine hohe Anzahl an Ähnlichkeiten auf, haben jedoch signifikante Unterscheidungsmerkmale. Während beide Schichten aus hexagonalen Wabenstrukturen bestehen, ist die Graphenschicht flach, während die Silicenschicht leicht gewellt und gekrümmt ist. Diese Krümmung verleiht Silicen in Anwesenheit eines externen elektrischen Feldes eine einstellbare Bandlücke. Im Gegensatz zu Graphit, welches aus Graphen-Schichten besteht, die durch schwache London-Kräfte verbunden sind, sind die Bindungskräfte innerhalb der Monochichten bei Silicen vergleichsweise stark. Da die Siliciumringe jedoch keine π-π-Wechselwirkungen ausbilden, kommt es bei Silicen nicht zu einer graphitartigen Zusammenklumpung der Ringe zu Fullerenartigen Gebilden.[16] Silicen und Graphen haben eine ähnliche Elektronenkonfiguration. Beide bilden Dirac-Kegel aus und haben eine lineare Dispersion um den K-Punkt des Kristalls. Beide haben außerdem einen Quanten-Spin-Hall-Effekt.[16]

Silicen-Schichten mit funktionellen Gruppen

Neben der reinen Silicenstruktur, ist es Wissenschaftlern bereits gelungen, organo-modifizierte Monoschichten mit Phenylringen als funktionelle Gruppen an den freien Elektronen herzustellen.[21] Diese Einbringung der funktionellen Gruppen ermöglicht eine Dispersion der Schicht in organischen Lösungsmitteln. Diese ersten Applikationen zeigen die Möglichkeit für eine Vielzahl an neuen funktionalisierten Organosiliciumverbindungen und -nanosheets. DFT-Berechnungen und Moleküldynamik-Simulationen des organomodifizierten Silicens ergaben, dass die Schichten durch die sp3-Hybridisierung) stabilisiert werden und eine hohe Bandlücke von 1,92 eV aufweisen.[22] Daher wird vermutet, dass die elektronischen Eigenschaften des Silicens auch durch die Änderung von angehefteten funktionellen Gruppen modifiziert werden können.

Mögliche Bedeutung für die Halbleitertechnik

Bereits frühe Studien zu Silicen haben gezeigt, dass es möglich ist die Bandlücke des Siliciums, durch Dotierung, also durch gezielten elementaren Verunreinigungen der Siliciumstruktur, zu justieren.[23] Die Bandlücke kann auf bis zu 0,1 eV reduziert werden, was deutlich geringer ist, als eine Bandlücke von 0,4 eV, die typischerweise für konventionelle Feldeffekttransistoren angegeben wird.[23] Eine n-Dotierung des Silicens kann durch ein Alkalimetall indiziert werden, wobei die Menge des Alkalimetalls einen direkten Einfluss auf die Bandlücke hat. Auf diese Weise kann eine Maximale Bandlücke von 0,5 eV erzielt werden. Jedoch werden mit diesem Verfahren ausschließlich n-dotierte Halbleiter gewonnen, während man nach heutigem Standard (vgl. CMOS) Halbleiter benötigt, die eine n- und eine p-Dotierung zulassen. Hierfür kann ein separates Element eingefügt werden, welches zu einer p-Dotierung des Silicens führt – wobei sich Iridium (Ir) als geeignetes Element für diesen Vorgang erwiesen hat. Durch eine Dotierung des Silicens mit Platin (Pt) war es möglich eine Intrinsische Leitfähigkeit des Materials zu bewirken (auch als i-Dotierung bezeichnet. Durch eine Kombination von p-, i- und n-Dotierung wird Silicen ein breites Anwendungsspektrum in der Elektrotechnik zugeschrieben, z. B. in der Applikation der pin-Diode.[23]

Für die Nanoelektronik sind die Verluste in konventionellen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (engl. Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, kurz MOSFET)ein großes Problem. Tunnel-Feldeffekttransistoren (TFET) könnte hierfür eine Alternative für die konventionellen MOSFETs sein, da diese eine niedrigere Versorgungsspannung benötigen und bei der Annäherung an die Schwellenspannung des Transistors einen niedrigeren Abfall verzeichnen – beides Faktoren, die zu geringeren Verlusten führen. Im Simulationen wurde gezeigt, dass silicenbasierte TFETs hierbei traditionelle siliciumbasierte MOSFETs übertreffen. Silicen-TFETs haben einen Durchlassstrom größer als 1 mA/μm, eine Schwellenspannung von 77 mV/dec und benötigen eine Versorgungsspannung von 1,7 V. Der hohe Durchlassstrom kombiniert mit der niedrigen Versorgungsspannung führt zu Verlustfaktoren, die deutlich besser, als die der konventionellen MOSFETs und anderer TFETs, sind.[23]

Literatur

  • Abdelkader Kara, Hanna Enriquez, Ari Paavo Seitsonen, Lok C. Lew Yan Voon, Sébatien Vizzini, Bernard Aufray and Hamid Oughaddou: A Review on Silicene – new candidate for electronics. In: Surface Science Reports. 67. Jahrgang, 2012, S. 1, doi:10.1016/j.surfrep.2011.10.001, bibcode:2012SurSR..67....1K.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi: Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite. In: Physical Review B. Band 50, Nr. 20, 1994, S. 14916–14922, doi:10.1103/PhysRevB.50.14916.
  2. ↑ Gian G. Guzmán-Verri, L. C. Lew Yan Voon: Electronic structure of silicon-based nanostructures. In: Physical Review B. Band 76, Nr. 7, 2007, S. 075131, doi:10.1103/PhysRevB.76.075131.
  3. ↑ S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Aktürk, H. Şahin, S. Ciraci: Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium. In: Physical Review Letters. Band 102, Nr. 23, 2009, S. 236804, doi:10.1103/PhysRevLett.102.236804.
  4. ↑ Bernard Aufray, Abdelkader Kara, Sébastien Vizzini, Hamid Oughaddou, Christel Léandri, Benedicte Ealet, Guy Le Lay: Graphene-like silicon nanoribbons on Ag(110): A possible formation of silicene. In: Applied Physics Letters. Band 96, Nr. 18, 2010, S. 183102, doi:10.1063/1.3419932.
  5. ↑ Boubekeur Lalmi, Hamid Oughaddou, Hanna Enriquez, Abdelkader Kara, Sébastien Vizzini, Bénidicte Ealet, Bernard Aufray: Epitaxial growth of a silicene sheet. In: Applied Physics Letters. Band 97, Nr. 22, 2010, S. 223109, doi:10.1063/1.3524215.
  6. ↑ S. Colonna, G. Serrano, P. Gori, A. Cricenti, F. Ronci: Systematic STM and LEED investigation of the Si/Ag(110) surface. In: Journal of Physics: Condensed Matter. Band 25, Nr. 31, 2013, S. 315301, doi:10.1088/0953-8984/25/31/315301.
  7. ↑ a b Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis, Maria Carmen Asensio, Andrea Resta, Bénédicte Ealet, Guy Le Lay: Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon. In: Physical Review Letters. Band 108, Nr. 15, 2012, S. 155501, doi:10.1103/PhysRevLett.108.155501.
  8. ↑ Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Noriaki Takagi, Maki Kawai: Structure of Silicene Grown on Ag(111). In: Applied Physics Express. Band 5, Nr. 4, 2012, S. 045802, doi:10.1143/APEX.5.045802.
  9. ↑ Baojie Feng, Zijing Ding, Sheng Meng, Yugui Yao, Xiaoyue He, Peng Cheng, Lan Chen, Kehui Wu: Evidence of Silicene in Honeycomb Structures of Silicon on Ag(111). In: Nano Letters. Band 12, Nr. 7, 2012, S. 3507–3511, doi:10.1021/nl301047g.
  10. ↑ Zhi-Xin Guo, Shinnosuke Furuya, Jun-ichi Iwata, Atsushi Oshiyama: Absence of Dirac Electrons in Silicene on Ag(111) Surfaces. In: Journal of the Physical Society of Japan. Band 82, Nr. 6, 2013, S. 063714, doi:10.7566/JPSJ.82.063714.
  11. ↑ R. Arafune, C.-L. Lin, R. Nagao, M. Kawai, N. Takagi: Comment on “Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon”. In: Physical Review Letters. Band 110, Nr. 22, 2013, doi:10.1103/PhysRevLett.110.229701.
  12. ↑ Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Mao Kanno, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Maki Kawai, Noriaki Takagi: Substrate-Induced Symmetry Breaking in Silicene. In: Physical Review Letters. Band 110, Nr. 7, 2013, S. 076801, doi:10.1103/PhysRevLett.110.076801.
  13. ↑ Paola Gori, Olivia Pulci, Fabio Ronci, Stefano Colonna, Friedhelm Bechstedt: Origin of Dirac-cone-like features in silicon structures on Ag(111) and Ag(110). In: Journal of Applied Physics. Band 114, Nr. 11, 2013, S. 113710, doi:10.1063/1.4821339.
  14. ↑ Lan Chen, Cheng-Cheng Liu, Baojie Feng, Xiaoyue He, Peng Cheng, Zijing Ding, Sheng Meng, Yugui Yao, Kehui Wu: Evidence for Dirac Fermions in a Honeycomb Lattice Based on Silicon. In: Physical Review Letters. Band 109, Nr. 5, 2012, S. 056804, doi:10.1103/PhysRevLett.109.056804.
  15. ↑ a b Emilio Scalise, Michel Houssa, Geoffrey Pourtois, B. van den Broek, Valery Afanas’ev, André Stesmans: Vibrational properties of silicene and germanene. In: Nano Research. Band 6, Nr. 1, 2013, S. 19–28, doi:10.1007/s12274-012-0277-3.
  16. ↑ a b c d Deepthi Jose, Ayan Datta: Structures and Chemical Properties of Silicene: Unlike Graphene. In: Accounts of Chemical Research. Band 47, Nr. 2, 2014, S. 593–602, doi:10.1021/ar400180e.
  17. ↑ Paola De Padova, Christel Leandri, Sebastien Vizzini, Claudio Quaresima, Paolo Perfetti, Bruno Olivieri, Hamid Oughaddou, Bernard Aufray, Guy Le Lay: Burning Match Oxidation Process of Silicon Nanowires Screened at the Atomic Scale. In: Nano Letters. Band 8, Nr. 8, 2008, S. 2299–2304, doi:10.1021/nl800994s.
  18. ↑ Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, Taisuke Ozaki, Hiroyuki Kawai, Ying Wang, Yukiko Yamada-Takamura: Experimental Evidence for Epitaxial Silicene on Diboride Thin Films. In: Physical Review Letters. Band 108, Nr. 24, 2012, S. 245501, doi:10.1103/PhysRevLett.108.245501.
  19. ↑ Lei Meng u. a.: Buckled Silicene Formation on Ir(111). In: Nano Letters. Band 13, Nr. 2, 2013, S. 685–690, doi:10.1021/nl304347w.
  20. ↑ Tetsuya Morishita, Michelle J. S. Spencer, Shuhei Kawamoto, Ian K. Snook: A New Surface and Structure for Silicene: Polygonal Silicene Formation on the Al(111) Surface. In: The Journal of Physical Chemistry C. Band 117, Nr. 42, 2013, S. 22142–22148, doi:10.1021/jp4080898.
  21. ↑ Yusuke Sugiyama, Hirotaka Okamoto, Takuya Mitsuoka, Takeshi Morikawa, Koji Nakanishi, Toshiaki Ohta, Hideyuki Nakano: Synthesis and Optical Properties of Monolayer Organosilicon Nanosheets. In: Journal of the American Chemical Society. Band 132, Nr. 17, 2010, S. 5946–5947, doi:10.1021/ja100919d.
  22. ↑ Michelle J. S. Spencer, Tetsuya Morishita, Masuhiro Mikami, Ian K. Snook, Yusuke Sugiyama, Hideyuki Nakano: The electronic and structural properties of novel organomodified Si nanosheets. In: Physical Chemistry Chemical Physics. Band 13, Nr. 34, 2011, S. 15418–15422, doi:10.1039/C1CP21544B.
  23. ↑ a b c d Zeyuan Ni, Hongxia Zhong, Xinhe Jiang, Ruge Quhe, Guangfu Luo, Yangyang Wang, Meng Ye, Jinbo Yang, Junjie Shi, Jing Lu: Tunable band gap and doping type in silicene by surface adsorption: towards tunneling transistors. In: Nanoscale. Band 6, Nr. 13, 2014, S. 7609–7618, doi:10.1039/C4NR00028E.
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