Forskere undersøger, hvordan elektrisk strøm strømmer i flerlags 2-D materialer

(Phys.org) - Selvom forskere fortsat opdager de bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber ved nanomaterialer som grafen og overgangsmetaldichalcogenider, den måde, hvorpå elektrisk strøm strømmer i denne skala, er ikke godt forstået. I en ny undersøgelse, forskere har for første gang undersøgt nøjagtigt, hvordan en strøm strømmer gennem 2-D-materialer i flere lag, og fandt ud af, at strømmen i disse materialer er meget anderledes end strømmen i 3D-materialer og ikke kan forklares med konventionelle modeller. Denne forståelse kan vejlede forskere i at designe fremtidige nanoelektroniske enheder.

Forskerne, Saptarshi Das og Joerg Appenzeller ved Purdue University i West Lafayette, Indiana, har udgivet deres papir om nuværende flow i 2-D lagdelte materialer i et nylig nummer af Nano bogstaver .

"Gennem vores eksperimentelle tilgang, vi har udviklet en ny måde at forstå den nuværende strømning gennem disse lavdimensionelle materialer, og vi opdagede også, at de konventionelle modeller til transport af lastbiler, der gælder for bulkmaterialer, skal revideres for lagdelt 2-D-systemer, "Fortalte det Phys.org .

I deres undersøgelse, forskerne evaluerede eksperimentelt den nuværende strøm og distribution i en transistor lavet af 2-D MoS ₂ , som var omkring 8 nm tyk og bestod af cirka 13 lag. Som forskerne forklarede, strømmen i de enkelte lag kan ikke måles direkte. Så de udtænkte en alternativ metode til at kortlægge den aktuelle fordeling i de flere lag, hvilket involverer kanallængde skalering ved hjælp af et scannende elektronmikroskop.

Forskerne fandt ud af, at strømmen i 2-D MoS ₂ fordeles mellem de 13 lag, så de øverste lag har den højeste mobilitet og laveste modstand, mens bundlagene har den laveste mobilitet og højeste modstand. Ved at beregne det vejede gennemsnit af strømmen i de enkelte lag, forskerne bestemte placeringen af ​​"HOT-SPOT" som centrum for den nuværende distribution, som i dette tilfælde var ved de øverste lag.

Imidlertid, da forskerne ændrede den forspænding, der blev påført porten, placeringen af ​​"HOT-SPOT" ændrede sig også. Ved høje gate bias værdier, modstanden for hvert lag er lav, og "HOT-SPOT" er placeret ved de øverste lag. Men når portens bias reduceres, modstanden øges, og "HOT-SPOT" migrerer til de nederste lag. Denne usædvanlige migrering af "HOT-SPOT" som en funktion af den anvendte gate-bias giver også anledning til en yderligere modstand, som forskerne kalder "mellemlagsmodstand, "som ikke findes i 3D-materialer og ikke kan forklares inden for den konventionelle model af strømstrøm baseret på Schottky-barrierekontakter.

Forskerne har også eksperimentelt evalueret den nuværende strøm og distribution i 2-D-grafen bestående af ca. 13 lag, og observerede modsatte effekter sammenlignet med MoS ₂ . Nemlig, forskerne fandt ud af, at strømmen overvejende strømmer til bundlagene i grafen, hvor "HOT-SPOT" er placeret, mens de øverste lag har en højere modstand. Forskerne forklarer, at denne forskel opstår, fordi grafen og MoS ₂ har forskellige fysiske egenskaber, og placeringen af ​​"HOT-SPOT" styres af et materiales fysiske egenskaber. Ved at kende de fysiske egenskaber ved et 2-D-materiale i flere lag, positionen af ​​"HOT-SPOT" kan forudsiges med en fejlmargin på 5%.

At forstå den nuværende strømning og distribution i flerlags 2-D-materialer-sammen med at vide, at disse funktioner adskiller sig fra forskellige materialer-vil sandsynligvis vise sig meget nyttig, når man designer fremtidige elektronikkomponenter.

"At forstå transportøren i lavdimensionelle materialer appellerer ikke kun fra et grundlæggende videnskabeligt synspunkt, men også lige så vigtig i forbindelse med højtydende enhedsdesign, "Das sagde." Vores eksperimentelle undersøgelse kombineret med analytisk modellering giver ny indsigt i strømmen i todimensionale lagdelte materialer som MoS ₂ og grafen, hvilket vil være nyttigt for mange forskere, der arbejder på dette område. "

Das tilføjede, at hans fremtidige arbejde vil fokusere på implementering af nye enhedskoncepter baseret på nye 2-D-materialer, der udnytter deres unikke elektriske, mekaniske og optiske egenskaber.

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.