Forskere demonstrerer tunable, atomisk tynde halvledere

For at justere båndgabet, en nøgleparameter til at kontrollere den elektriske ledningsevne og optiske egenskaber af halvledere, forskere laver typisk legeringer, en proces, hvor to eller flere materialer kombineres for at opnå egenskaber, som ellers ikke kunne opnås af et uberørt materiale.

Men tekniske båndgab af konventionelle halvledere via legering har ofte været et gættespil, fordi videnskabsmænd ikke har haft en teknik til direkte at "se", om legeringens atomer er arrangeret i et bestemt mønster, eller tilfældigt spredt.

Nu, som rapporteret i Fysiske anmeldelsesbreve , et forskerhold ledet af Alex Zettl og Marvin Cohen—senior fakultetsforskere i Materials Sciences Division ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), og professorer i fysik ved UC Berkeley - har demonstreret en ny teknik, der kunne konstruere det båndgab, der er nødvendigt for at forbedre ydeevnen af ​​halvledere til næste generations elektronik såsom optoelektronik, termoelektrik, og sensorer.

For den aktuelle undersøgelse, forskerne undersøgte monolag- og flerlagsprøver af et 2-D overgangsmetal dichalcogenid (TMD) materiale lavet af legeringen rheniumniobiumdisulfid.

Elektronmikroskopiske eksperimenter afslørede bugtende striber dannet af metalatomer af rhenium og niob i gitterstrukturen af ​​2-D TMD-legeringen.

En statistisk analyse bekræftede, hvad forskerholdet havde mistænkt - at metalatomer i 2-D TMD-legeringen foretrækker at støde op til de andre metalatomer, "hvilket står i skarp kontrast til den tilfældige struktur af andre TMD-legeringer af samme klasse, " sagde hovedforfatter Amin Azizi, en postdoc-forsker i Zettl-laboratoriet ved UC Berkeley.

Beregninger udført på Berkeley Labs National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) af Mehmet Dogan, en postdoc-forsker i Cohen-laboratoriet ved UC Berkeley, demonstreret, at sådan atomarrangering kan ændre materialets båndgab.

Optiske spektroskopimålinger udført på Berkeley Labs Advanced Light Source afslørede, at båndgabet i 2-D TMD-legeringen kan justeres yderligere ved at justere antallet af lag i materialet. Også, båndgabet i monolagslegeringen svarer til siliciums - hvilket er "det helt rigtige" til mange elektroniske og optiske applikationer, sagde Azizi. Og 2-D TMD-legeringen har de ekstra fordele ved at være fleksibel og gennemsigtig.

Forskerne planlægger derefter at udforske sensing og optoelektroniske egenskaber af nye enheder baseret på 2-D TMD-legeringen.