Metalli ja puolijohde 2D-elektroniikalle

Korealaisen Institute for Basic Sciencen (IBS) tutkijat ovat tuottaneet ensimmäisen 2D-kenttävaikutustransistorin (FET), joka on tehty yhdestä materiaalista.

Tutkimustyö osoittaa uuden menetelmän tehdä metalli ja puolijohde samasta materiaalista, jotta voidaan tuottaa kaksiulotteisia fettejä.

Vaikka (3D) perinteisiä fettejä on pienennetty nanomittakaavan ulottuvuuksiin, niin osa atomisidoksista jää vajaiksi ja ne häiritsevät elektronien kulkua kanavassa.

Siirtyminen kaksiulotteisiin ylittää nämä ongelmat ja tuo lisäksi vielä uusia houkuttelevia ominaisuuksia. Kaksiulotteisissa feteissä kaikki elektronit rajoittuvat luontevasti atomisiin ohutkanaviin.

Lisäksi yhden ja muutamien kerrosten kerroksellisilla 2D-materiaaleilla on laaja valikoima sähköisiä ja viritettäviä optisia ominaisuuksia, atomitason paksuus, mekaaninen joustavuus ja suuret kaistaerot (1 ~ 2 eV).

Suurin ongelma 2D FET-transistoreille on suuri kontaktiresistanssi 2D-puolijohteen ja minkä tahansa liitäntämateriaalin välisellä rajapinnalla. Tätä varten tutkijaryhmä loi tekniikan tuottaa 2D-transistorit puolijohteesta ja metallista, joka on valmistettu samasta kemiallisesta yhdisteestä, molybdeeni telluurista (MoTe2).

Kyseessä on polymorfinen materiaali, eli sitä voidaan käyttää sekä metallina että puolijohteena. Kontaktiresistanssi puolijohteisen ja metallisen MoTe2:n rajapinnassa osoittautui erittäin pieneksi.

Prosessissaan IBS:n tutkijat käyttivät kemiallista höyrysaostusta kerrostusta (CVD) tekniikkaa. Polymorfiaa ohjataan lämpötilalla ja NaCl-höyryllä: 710 °C lämpötila tuottaa metallia ja 670 °C puolijohdetta.

On odotettavissa, että tulevaisuudessa olisi mahdollista saavuttaa entistä pienempi kontaktiresistanssi, saavuttaen teoreettisen kvanttirajan, jota pidetään tärkeänä aiheena 2D-materiaalien tutkimuksessa, kun mukaan luetaan myös grafeenin ja siirtymämetallien dikalkogeeni materiaalit.