Uusi näkökulma timanttielektroniikkaan

Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat valjastavat timanttien vahvuuksia tehokkaan, seuraavan sukupolven elektroniikan perustaksi.

"Mikroelektroniikassa tarvitaan pn-liitos komponentin valmistamiseksi", materiaalitieteilijä Anirudha Sumant sanoi.” Timantilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia verrattuna muihin lavean kaistanleveyden materiaaleihin, mutta tehokas n-tyypin seostus huoneenlämmössä on merkittävä ongelma.”

Yksi tapa, jolla tutkijat ovat yrittäneet, on seostaa timanttia fosforilla mutta tällöin yhdistelmä toimii hyvin vain korkeissa lämpötiloissa, mikä rajoittaa sen käytännön käyttöä.

Toinen lupaava lähestymistapa timantin seostukseen on heterointegraatio: kahden eri materiaalin yhdistäminen. Kaksiulotteisten (2D) materiaalien yleistymisen myötä tutkijat ovat kiinnostuneet näiden pinoamisesta bulkkimateriaalien, kuten timantin, kanssa.

”Ajattelin, miksi ei integroitaisi n-tyypin 2D-materiaalia p-tyypin timanttiin? Se voisi tuottaa sähköstaattista dopingia ja avata mielenkiintoisia ominaisuuksia”, Sumant toteaa.

Sähköstaattinen seostus on tapa muuttaa materiaalin sähkönjohtavuutta lisäämättä siihen uusia atomeja. Kemiallisten seostamisen lisäämisen sijaan tutkijat käyttävät lähellä olevan kerroksen tai portin sähkökenttiä "työntää" tai "vetää" elektroneja materiaaliin. Tämä luo alueita, jotka käyttäytyvät kuten n- tai p-tyypin elektronit, mutta eivät muuta pysyvästi materiaalin koostumusta.

Tutkimustyössään Sumant ja hänen tiiminsä havaitsivat, että ohuen, kaksiulotteisen molybdeenidisulfidikerroksen asettaminen timantin päälle loi oikeat olosuhteet varausten liikkumiselle rajapinnassa. Tämä sai timantin toimimaan ikään kuin se olisi seostettu, ilman kemiallisen seostuksen tavanomaisia ​​haasteita.

Heterointegraatiossa ”Tunnelointi auttaa elektroneja ja aukkoja yhtymään virran tuottamiseksi, jolloin piirirakenne voi toimia huoneenlämmössä”, selitti Akshay Wali, näitä havaintoja kuvaavan tutkimuksen pääkirjoittaja.

”Pelkästään pinoamalla 2D- materiaalia timantin päälle saamme suorituskykylukuja, joita ei ole aiemmin nähty timanttipohjaisissa rakenteissa”, Sumant lisäsi." Se on uusi tie eteenpäin elektroniikassa."

Koska timantti on luonnostaan lämmön- ja säteilynkestävä, se voi auttaa suojaamaan erittäin ohutta 2D -kerrosta. Nämä rakenteet voivat pysyä vakaina ja luotettavina jopa vaativissa olosuhteissa, jotka haastavat perinteisen elektroniikan. Tämä voi tehdä niistä sopivia käytettäväksi ympäristöissä, joissa on korkea lämpötila, vahvoja sähkövirtoja tai säteilyä.

Argonnen tiimi aikoo tulevaisuudessa testata näiden timanttipohjaisten laitteiden säteilynkestoa ja yhteensopivuutta standardielektroniikan kanssa. He tutkivat myös muita 2D- materiaaleja suorituskyvyn parantamiseksi entisestään.

Aiheesta aiemmin:

Heteroliitos pn-diodeja Gallium-oksidista ja timantista

Uusi konsepti tehomosfeteille

Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia