Tie tehokkaille 2D-puolijohderakenteille

National Renewable Energy Laboratoryn (NREL) tutkijat ovat selvittäneet tavan voittaa pääasialliset esteet käyttää kaksiulotteisia (2D) puolijohteita elektroniikan valmistukseen.

Kaksiulotteiset puolijohteet, kuten molybdeenidisulfidi ovat vain muutamien atomikerroksien paksuisia ja niitä pidetään lupaavia ehdokkaita seuraavan sukupolven elektroniikalle.

Tutkijoiden on kuitenkin ensin voitettava rajoitukset, jotka johtuvat suuresta ja viritettävästä Schottky-esteestä puolijohteen ja metallikontaktin välissä. Este, metalli/puolijohderajapinnassa luo esteen elektronien tai aukkojen virtaukselle läpi puolijohteen.

Ryhmä havaitsi, että Schottky-esteen korkeutta voidaan säätää tai jopa hävittää kokonaan, käyttämällä tiettyjä 2D-metalleja elektrodeina. Tällaiset säädöt eivät ole mahdollisia tavanomaisilla kolmiulotteisilla metalleilla, johtuen vahvasta Fermi level pinning (FLP) vaikutuksesta.

Tutkijat teoretisoivat 2D-metallien olevan sellaisia, joita voisivat sitoutua 2D-puolijohteiden kanssa van der Waalsin vuorovaikutuksien kautta. Koska tämä vuorovaikutus on suhteellisen heikko, metallien aiheuttamat rakotilat tukahtuvat ja FLP-vaikutus on olematon.

Tämä tarkoittaa sitä, että Schottky muuttuu erittäin viritettäväksi. Valitsemalla sopiva 2D-metalli/2D-puolijohde pari, este voidaan kutistaa lähes nollaan.

He totesivat, että 2D-metallin käyttö elektrodina olisi hyödyllinen myös integroida osaksi läpinäkyvää ja joustavaa elektroniikka koska 2D-metalli on läpinäkyvä ja joustava. Selvisi myös, että 2D-metallin ja 2D-puolijohteen liitos on atomisesti tasainen joten siinä voi olla vähemmän vikoja, jotka vähentäisivät kantajien sirontaa ja rekombinaatiota.

Tutkijatrio ennustaa, että kuusikulmainen faasi niobiumdisulfidia (NBS2) on lupaavin aukkojen injektiolle 2D puolijohteeseen ja vahvasti typpi-seostettu grafeeni voi mahdollistaa tehokkaan elektronien injektion.