Anvendelse af halvlederproduktionsprincipper på optoelektroniske enheder

Optoelektronik registrerer eller udsender lys og bruges i en række forskellige enheder i mange forskellige industrier. Disse enheder har historisk set været afhængige af tynde transistorer, som er små halvledere, der styrer bevægelsen af ​​elektroner og fotoner lavet af grafen og andre todimensionelle materialer. Grafen og disse andre materialer har dog ofte problemer med åbning af båndgab og andre mangler, der får forskere til at søge efter et alternativ.

Når det behandles med en metode kaldet Lewis-syrebehandlingen, er palladiumdiselenid en mulig løsning til at tilfredsstille behovene for optoelektroniske enheder.

Forskning, der analyserer denne metode, blev offentliggjort i et papir i Nano Research .

Prof. Dr. Mark H. Rümmeli, ERA Chairs professor ved det tekniske universitet i Ostrava (VSB-TUO), sagde:"Palladiumdiselenid udviser unikke fysiske egenskaber, herunder et justerbart båndgab og en imponerende enhedsydelse. Det demonstrerer især lang- termisk stabilitet i omgivende luft uden behov for yderligere emballage."

Inspireret af halvlederfysik overvejede forskerne, hvordan doping kunne ændre palladiumdiselenid for at forbedre dets ydeevne. Doping er den bevidste introduktion af urenheder til et materiale, hvilket resulterer i tre typer materialer:uberørte, p-type dopede og n-type dopede. Når et p-type doteret materiale og et n-type doteret materiale rører hinanden, skaber de en p-n-forbindelse. Dette kryds er afgørende for optoelektroniske enheder, fordi det er her lys-til-elektron- og elektron-til-lys-konvertering finder sted.

For at skabe p-type-doteret og n-type-doteret palladiumdiselenid på en kontrolleret måde brugte forskere Lewis-syrebehandlingen. "Det kontrollerede niveau af doping kan få palladiumdiselenid til at have et andet energibånd, hvilket beriger et værktøjssæt eller et bibliotek af materialer til udvælgelse og design af p-n-krydset," siger Dr. Hong Liu, professor ved State Key Laboratory of Crystal Materialer ved Shandong University i Jinan Kina.

"Lewissyrebehandlingen kan introducere substitution af palladiumatomerne (med tin fra tinchlorid, en type Lewis-syre) i palladiumdiselenidet. Vi fandt en datatilpasningsligning mellem dopingniveauet versus koncentrationen af ​​Lewissyre, som evt. inspirere folk til at manipulere mere p-type dopede todimensionelle materialer."

For at teste denne metode fremstillede forskere en uberørt film af palladiumdiselenid. Filmen blev derefter modificeret under anvendelse af Lewis-syrebehandlingen. Efter den indledende Lewis-syrebehandling var gitterstrukturen af ​​palladiumdiselenidfilmen uændret, men fremkommende toppe af tin, palladium og selen blev bekræftet ved hjælp af billeddannelse.

Disse toppe viste, at tin kunne bruges som et p-type dopingmiddel. Yderligere test af forskellige koncentrationer af tinchlorid viste, hvordan tærskelspændingen af ​​palladiumdiselenidet kunne kontrolleres afhængigt af tinchloridets koncentration. Disse retningslinjer kan anvendes til fremtidig doping af palladiumdiselenid ved brug af Lewis-syrer. Det kunne også give en plan for, hvordan man laver lignende test på andre halvledermaterialer.

Når man ser fremad, vil forskere planlægge, hvordan man skalerer behandlingen af ​​disse todimensionelle materialer. "Vi vil demonstrere de spændende anvendelser af p-type doteret palladiumdiselenid i flere elektroniske komponenter, såsom felteffekttransistorer, fotodetektorer og lysemittere. Vi planlægger at forsøge at optimere halvlederdopingmetoden, som let kan anvendes af industrielle standarder og kunne anvendes i halvlederindustrien til masseproduktion i den nærmeste fremtid."

"Vores ultimative mål er at anvende denne teknik i bærbar og fleksibel elektronik ved at integrere palladiumdiselenid-baserede transistorer og fotodetektorer med polymerbaserede belastningssensorer i fleksible substrater, hvilket resulterer i et smart biomedicinsk system til overvågning af menneskers sundhedspleje," sagde Dr. Jinbo Pang, professor i kemi og materialevidenskab ved University of Jinan i Jinan, Kina.

Flere oplysninger: Jiali Yang et al., Modulerende p-type doping af todimensionelt materiale palladiumdiselenid, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6196-7

Journaloplysninger: Nanoforskning

Leveret af Tsinghua University Press