Afregnede overflader driver transistorer til kanten

Halvlederproducenter er mere opmærksomme på todimensionelle materialer, såsom overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), efter opdagelsen, hos KAUST, af en epitaksial vækstproces af enkeltkrystal TMDs nanobånd.

En ny trend inden for transistordesign involverer pladsbesparende arkitekturer, der stabler komponenter oven på hinanden. TMD'er har potentiale for disse systemer, fordi de let formes til tynde plader, kendt som nanobånd, som har elektriske, optisk og magnetisk aktivitet. Imidlertid, typiske halvlederprocesser, såsom fotolitografi, kræve komplicerede procedurer for at producere TMD'er af tilstrækkelig kvalitet til enhedsformål.

I samarbejde med forskere i USA, Belgien og Taiwan, Vincent Tung og kollegaer hos KAUST udvikler alternative tilgange til TMD-fremstilling ved hjælp af overfladeskabeloner til at dirigere enkeltkrystalvækst.

Mens man analyserer kandidater med højopløsningselektronmikroskopi, forsker Areej Aljarb opdagede noget usædvanligt ved en halvleder ved navn galliumtrioxid (Ga ₂ O ₃ ). Efter at have skrællet lag af det flagende materiale af med klæbrig tape, hun så rækker af smalle, terrasselignende afsatser, der trådte op eller ned af hele Ga ₂ O ₃ overflade.

"Trinnene er meget stejle og godt eksponerede, " siger Aljarb. "Og fordi atomerne i nærheden af ​​disse afsatser har asymmetriske strukturer, de kan drive vækst i bestemte retninger."

Da holdet afslørede Ga ₂ O ₃ overflader til en blanding af molybdæn og svovlgas, de observerede, at TMD nanobånd krystalliserede i længderetningen langs afsatserne med strukturer, der praktisk talt var fri for fejl. Mikroskopi-eksperimenter og teoretiske modeller afslørede, at afsats-atomerne havde unikke energetiske egenskaber, der muliggjorde justeret nukleation til at danne enkelt-krystal nanobånd. "I årtier, forskere har forsøgt at dyrke 2-D enkeltkrystal halvledere på isolatorer, og dette arbejde viser, at styring af underlagets afsatser er nøglen, " siger Tung.

Spændende nok, nanobåndene kunne trækkes af og overføres til andre substrater uden at beskadige dem. For at udforske potentielle anvendelser af den afsatsstyrede vækstteknologi, den internationale gruppe gik sammen for at designe en transistor, der er i stand til at inkorporere nanobånd fra Ga ₂ O ₃ skabelon. Elektroniske målinger viste, at den nye transistor kunne fungere ved høje hastigheder og havde forstærkningsfaktorer svarende til TMD-materialer produceret gennem mere arbejdskrævende teknikker.

"Nanobåndene vokser langs afsatserne ved hjælp af svage fysiske interaktioner for at blive på plads, hvilket betyder, at der ikke dannes kemiske bindinger mellem TMD og den underliggende Ga ₂ O ₃ substrat, " bemærker Aljarb. "Denne unikke funktion gør det muligt for os at overføre nanobåndene til fremmede underlag til mange applikationer, lige fra transistorer, sensorer, kunstige muskler og atomisk tynde solcelleanlæg."