Levitating 2-D halvledere for bedre ydeevne

Atomisk tynde 2-D halvledere har tiltrukket opmærksomheden for deres overlegne fysiske egenskaber i forhold til silicium halvledere; alligevel, de er ikke de mest tiltalende materialer på grund af deres strukturelle ustabilitet og dyre fremstillingsproces. For at kaste lys over disse begrænsninger, et KAIST-forskerhold suspenderede en 2-D halvleder på en kuppelformet nanostruktur for at producere en meget effektiv halvleder til en lav pris.

2-D halvledende materialer er dukket op som alternativer til siliciumbaserede halvledere på grund af deres iboende fleksibilitet, høj gennemsigtighed, og fremragende transporttransportegenskaber, som er de vigtige egenskaber for fleksibel elektronik.

På trods af deres enestående fysiske og kemiske egenskaber, de er overfølsomme over for deres miljø på grund af deres ekstremt tynde natur. Derfor, eventuelle uregelmæssigheder i støttefladen kan påvirke egenskaberne for 2-D halvledere og gøre det vanskeligere at producere pålidelige og velfungerende enheder. I særdeleshed, det kan resultere i alvorlig forringelse af ladningsbærermobilitet eller lysemission.

For at løse dette problem, der har været en fortsat indsats for fundamentalt at blokere substrateffekterne. En måde er at suspendere en 2-D halvleder; imidlertid, denne metode vil forringe mekanisk holdbarhed på grund af fraværet af en supporter under 2-D halvledende materialer.

Professor Yeon Sik Jung fra Institut for Materialevidenskab og Teknik og hans team kom med en ny strategi baseret på indsættelse af topografiske mønstre med høj densitet som en nanogap-holdig supporter mellem 2-D-materialer og substratet for at afbøde deres kontakt og for at blokere de substratinducerede uønskede effekter.

Mere end 90% af den kuppelformede supporter er simpelthen et tomt rum på grund af sin nanometer skala størrelse. Placering af en 2-D halvleder på denne struktur skaber en lignende effekt som at svæve laget. Derfor, denne metode sikrer enhedens mekaniske holdbarhed og minimerer uønskede effekter fra substratet. Ved at anvende denne metode på 2-D halvlederen, ladningsbærerens mobilitet blev mere end fordoblet, viser en betydelig forbedring af ydeevnen for 2-D halvlederen.

Derudover holdet reducerede prisen på fremstilling af halvlederen. Generelt, konstruktion af en ultrafin kuppelstruktur på en overflade involverer generelt dyrt udstyr til at skabe individuelle mønstre på overfladen. Imidlertid, teamet anvendte en metode til selvsamling af nanopatter, hvor molekyler samler sig til en nanostruktur. Denne metode førte til at reducere produktionsomkostninger og viste god kompatibilitet med konventionelle halvlederfremstillingsprocesser.

Professor Jung sagde, "Denne forskning kan anvendes til at forbedre enheder ved hjælp af forskellige 2-D halvledende materialer samt enheder, der bruger grafen, et metallisk 2-D materiale. Det vil være nyttigt i en bred vifte af applikationer, såsom materialet til højhastigheds-transistorkanalerne til næste generations fleksible displays eller til det aktive lag i lysdetektorer. "