Fotodoping i 2-D materialer til fremstilling af logiske enheder

National University of Singapores forskere har opdaget en metode til fotoinduceret elektrondoping på molybdæn ditellurid (MoTe ₂ ) heterostrukturer til fremstilling af næste generations logiske enheder.

Todimensionelle (2-D) overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er) er lovende byggesten til udviklingen af ​​næste generations elektroniske enheder. Disse materialer er atomisk tynde og udviser unikke elektriske egenskaber. Forskere er interesserede i at udvikle n- og p-type felteffekttransistorer (FET) ved hjælp af 2-D TMD'er til at bygge grundlæggende logiske kredsløbskomponenter. Disse komponenter omfatter p-n-forbindelser og invertere.

Et team ledet af professor Chen Wei fra både Institut for Kemi og Institut for Fysik, NUS har opdaget, at lysbelysning kan bruges til at fremkalde dopingeffekter på en MoTe ₂ -baseret FET til at ændre dens elektriske egenskaber på en ikke-flygtig og reversibel måde. FET'en lavet af en MoTe ₂ /BN-heterostruktur fremstilles ved at lægge en tynd flage af MoTe i lag ₂ på et bornitrid (BN) lag og fastgør metalkontakter for at danne enheden. Dopingen af ​​enheden kan ændres ved at ændre den påførte polaritet til BN-laget under lysbelysningsforhold. Når enheden er tændt, elektronerne, der indtager de donorlignende tilstande i BN-båndgabet, bliver ophidsede og hopper ind i ledningsbåndet. Ved at anvende en negativ bias til BN-laget, disse foton-exciterede elektroner rejser ind i MoTe ₂ lag, effektivt doping det til en n-type halvleder. De positive ladninger, der efterlades i BN-laget, skaber en positiv bias, som hjælper med at opretholde elektrondopingen i MoTe ₂ lag. Forskerholdet fandt, at uden nogen ekstern forstyrrelse, fotodopingeffekten kan bevares i mere end 14 dage.

Holdet har udviklet p-n-junctions og invertere uden brug af fotoresist ved selektivt at kontrollere fotodoping-områderne på MoTe ₂ materiale. Ud fra deres eksperimentelle målinger, MoTe ₂ diode havde en idealitetsfaktor på næsten enhed på omkring 1,13, som er tæt på det for et ideelt p-n kryds.

Forklarer betydningen af ​​resultaterne, Prof Chen sagde, "Opdagelsen af ​​en 2-D heterostruktur-baseret fotodoping-effekt giver en potentiel metode til at fremstille fotoresist-frie pn-forbindelser og invertere til udvikling af logiske elektroniske enheder."