Stacking af todimensionale materialer kan sænke omkostningerne ved halvlederanordninger

Et team af forskere ledet af North Carolina State University har fundet ud af, at stabling af materialer, der kun er et atom tykke, kan skabe halvlederkryds, der effektivt overfører ladning, uanset om den krystallinske struktur af materialerne er uoverensstemmende - sænker fremstillingsomkostningerne for en lang række halvlederanordninger såsom solceller, lasere og lysdioder.

"Dette arbejde viser, at vi ved at stable flere todimensionale (2-D) materialer på tilfældige måder kan oprette halvlederkryds, der er lige så funktionelle som dem med perfekt justering," siger Dr. Linyou Cao, seniorforfatter af et papir om arbejdet og en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State.

"Dette kan gøre fremstilling af halvlederudstyr i en størrelsesorden billigere."

For de fleste halvleder elektroniske eller fotoniske enheder til at fungere, de skal have et kryds, hvor to halvledermaterialer er bundet sammen. For eksempel, i fotoniske enheder som solceller, lasere og lysdioder, krydset er, hvor fotoner omdannes til elektroner, eller omvendt.

Alle halvlederkryds er afhængige af effektiv ladningsoverførsel mellem materialer, for at sikre, at strømmen flyder jævnt, og at et minimum af energi går tabt under overførslen. For at gøre det i konventionelle halvlederkryds, de krystallinske strukturer i begge materialer skal matche. Imidlertid, der begrænser de materialer, der kan bruges, fordi du skal sikre dig, at de krystallinske strukturer er kompatible. Og det begrænsede antal materialekampe begrænser kompleksiteten og rækkevidden af ​​mulige funktioner til halvlederkryds.

"Men vi fandt ud af, at den krystallinske struktur er ligegyldig, hvis du bruger atomtyndt, 2-D materialer, "Cao siger." Vi brugte molybdensulfid og wolframsulfid til dette eksperiment, men dette er en grundlæggende opdagelse, som vi tror gælder for ethvert 2-D halvledermateriale. Det betyder, at du kan bruge enhver kombination af to eller flere halvledermaterialer, og du kan stable dem tilfældigt, men stadig få effektiv ladningsoverførsel mellem materialerne. "

I øjeblikket, at skabe halvlederkryds betyder perfekt matchende krystallinske strukturer mellem materialer - hvilket kræver dyrt udstyr, sofistikerede behandlingsmetoder og brugerekspertise. Denne fremstillingsomkostning er en væsentlig årsag til, at halvlederanordninger såsom solceller, lasere og lysdioder forbliver meget dyre. Men stabling af 2-D materialer kræver ikke, at de krystallinske strukturer matcher.

"Det er lige så simpelt som at stable papirstykker oven på hinanden - det er ikke engang ligegyldigt, om papirets kanter står i kø, "Siger Cao.

Papiret, "Lige så effektiv interlayer-exciton-afslapning og forbedret absorption i epitaksiale og ikke-epitaksiale MoS2/WS2-heterostrukturer, "blev udgivet som et" lige accepteret "manuskript i Nano bogstaver 3. december.