Ny tilgang kunne transformere halvlederteknologi

Nyere forskning fra University of Nebraska-Lincoln kan hjælpe fremtidige ingeniører af digitale komponenter med at få to (eller flere) for en plads.

Et team af fysikere har demonstreret en reversibel metode til at ændre de elektroniske egenskaber af et nanoskopisk materiale, peger på vejen mod at fusionere adskillige kendetegnende funktioner i moderne elektronik til en enkelt komponent.

Fremgangsmåden kan i sidste ende tillade et 2-D-materiale at skifte fra digital behandling til datalagring til lys-triggede applikationer. Den alsidighed, på tur, kunne give ingeniører yderligere muligheder for at nedskalere elektronik ved at presse mere funktionalitet ind i én enhed.

Xia Hong og hendes kolleger startede med en atomart tynd skive molybdændisulfid, eller MoS2, en kemisk forbindelse, hvis halvledende egenskaber minder om industriens foretrukne silicium. De overlejrede derefter MoS2 med en polymer med ferroelektricitet - evnen til at vende justeringen af ​​dens adskilte positive og negative ladninger, eller polarisering, ved at påføre det et elektrisk felt.

Forskerne opdagede, at de radikalt kunne omkonfigurere den elektroniske adfærd af MoS2 ved selektivt at påføre spænding over polymeren for at diktere retningen af ​​dens polarisering.

Da Hongs team rettede polymerens positive eller negative ladninger enten mod eller væk fra laget af MoS2, sidstnævntes elektriske strøm flød frit i begge retninger og svarede til mængden af ​​påført spænding. I den tilstand, MoS2 spillede rollen som transistor, en signaturkomponent af digital behandling, der frigiver og undertrykker elektrisk strøm for at tale det binære sprog 1'er og 0'er.

Men da holdet polariserede polymeren på en anden måde - ved at skabe to domæner af vertikalt orienterede, men modsat justerede polariseringer - adopterede den underliggende MoS2 en ny identitet. I stedet for at fungere som en transistor, MoS2 blev en diode, lader strøm flyde i den ene retning, men modstår dens bevægelse i den anden, når den udsættes for forskellige polariteter, men den samme mængde spænding.

Blandt deres mange formål, dioder omdanner tovejsstrømmen af ​​vekselstrøm - der bruges til at forsyne boliger og andre strukturer - til envejstransmission af jævnstrøm, der driver stort set enhver teknologi, der indeholder et batteri. De ligger også i hjertet af mange lysdrevne og lysproducerende enheder, fra solceller til LED-skærme.

MoS2 bibeholdt sin transistor- og diodetilstand, selv når spændingen blev fjernet, sagde Hong. Den kvalitet, kombineret med teknikkens lavspændingskrav og nanoskopiske skala, førte hende til at beskrive det som "meget lovende" for laveffekt teknologiske applikationer. De mekaniske egenskaber af den atomtynde superleder og ferroelektriske polymer, hun sagde, kunne vise sig at være særligt velegnet til den slags fleksibel elektronik, der findes i bærbar teknologi.

"Dette er ikke kun en præstationsforbedring, " sagde Hong, lektor i fysik og astronomi. "Det handler virkelig (om) at skabe en ny type multifunktionel enhed."

Hong sagde, at tilgangens reversibilitet kunne gøre den at foretrække frem for den årtier gamle halvlederbehandlingsproces kendt som doping, en kemisk baseret teknik, der effektivt låser et halvlederdesign til en eller anden funktion.

"Det gode ved denne tilgang er, at vi ikke ændrer noget kemisk, " sagde Hong. "Det, vi laver her, er at omprogrammere funktionen elektrisk."

Efter at have demonstreret den nye teknik med en ferroelektrisk polymer, Hong og hendes kolleger udforsker nu brugen af ​​forbindelser kendt som oxider, som bedre modstår den varme, der produceres af mange elektronik.

Hongs team detaljerede sin nye teknik i journalen Fysiske anmeldelsesbreve .