Frei schwebende 2-D-Halbleiter für bessere Leistung

Anonim

Atomdünne 2-D-Halbleiter haben auf ihre überlegenen physikalischen Eigenschaften gegenüber Siliziumhalbleitern aufmerksam gemacht; Dennoch sind sie aufgrund ihrer strukturellen Instabilität und des kostspieligen Herstellungsprozesses nicht die attraktivsten Materialien. Um diese Einschränkungen aufzuklären, hat ein KAIST-Forscherteam einen 2-D-Halbleiter auf einer kuppelförmigen Nanostruktur aufgehängt, um einen hocheffizienten Halbleiter zu geringen Kosten herzustellen.

2D-Halbleitermaterialien haben sich aufgrund ihrer inhärenten Flexibilität, hohen Transparenz und exzellenten Ladungsträgertransporteigenschaften, die für die flexible Elektronik wichtig sind, als Alternativen für siliziumbasierte Halbleiter herausgestellt.

Trotz ihrer hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften sind sie aufgrund ihrer extrem dünnen Beschaffenheit gegenüber ihrer Umwelt überempfindlich. Daher können Unregelmäßigkeiten in der Trägeroberfläche die Eigenschaften von 2-D-Halbleitern beeinträchtigen und die Herstellung zuverlässiger und leistungsfähiger Geräte erschweren. Insbesondere kann es zu einer ernsthaften Verschlechterung der Ladungsträgermobilität oder der Lichtemissionsausbeute führen.

Um dieses Problem zu lösen, gab es fortgesetzte Bemühungen, die Substrateffekte grundlegend zu blockieren. Eine Möglichkeit besteht darin, einen 2-D-Halbleiter zu suspendieren; Dieses Verfahren verschlechtert jedoch die mechanische Haltbarkeit aufgrund der Abwesenheit eines Trägers unter den 2-D-Halbleitermaterialien.

Professor Yeon Sik Jung von der Abteilung für Materialwissenschaften und -technik und sein Team entwickelten eine neue Strategie, bei der topographische Muster mit hoher Dichte als nanogaphaltiger Träger zwischen 2-D-Materialien und dem Substrat eingefügt wurden, um deren Auswirkungen zu minimieren die substratinduzierten unerwünschten Wirkungen zu kontaktieren und zu blockieren.

Mehr als 90% des kuppelförmigen Trägers ist aufgrund seiner Größe im Nanometermaßstab einfach ein leerer Raum. Das Platzieren eines 2-D-Halbleiters auf dieser Struktur erzeugt einen ähnlichen Effekt wie das Schweben der Schicht. Daher stellt dieses Verfahren die mechanische Haltbarkeit der Vorrichtung sicher, während die unerwünschten Effekte von dem Substrat minimiert werden. Durch die Anwendung dieses Verfahrens auf den 2-D-Halbleiter wurde die Ladungsträgerbeweglichkeit mehr als verdoppelt, was eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit des 2D-Halbleiters zeigt.

Zusätzlich reduzierte das Team den Preis für die Herstellung des Halbleiters. Im Allgemeinen beinhaltet das Konstruieren einer ultrafeinen Kuppelstruktur auf einer Oberfläche im Allgemeinen eine kostspielige Ausrüstung, um individuelle Muster auf der Oberfläche zu erzeugen. Das Team verwendete jedoch eine Methode zur Selbstorganisation von Nanostrukturen, bei der sich Moleküle zu einer Nanostruktur zusammenfügen. Dieses Verfahren führte zu einer Senkung der Produktionskosten und zeigte eine gute Kompatibilität mit herkömmlichen Halbleiterherstellungsverfahren.

Professor Jung sagte: "Diese Forschung kann angewendet werden, um Geräte zu verbessern, die verschiedene 2D-halbleitende Materialien sowie Vorrichtungen verwenden, die Graphen, ein metallisches 2-D-Material, verwenden. Es wird für eine breite Palette von Anwendungen nützlich sein, wie das Material für die Hochgeschwindigkeitstransistorkanäle für flexible Displays der nächsten Generation oder für die aktive Schicht in Lichtdetektoren. "

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