Forschung -

"Schwebende" 2-D Halbleiter funktionieren besser

Atomdünne 2-D Halbleiter zeichnen sich gegenüber Silizium-Halbleitern durch überlegene physikalische Eigenschaften aus; dennoch sind sie aufgrund ihrer strukturellen Instabilität und ihres aufwendigen Herstellungsprozesses nicht die attraktivsten Materialien.

Um diese Einschränkungen zu erklären, hatte ein KAIST-Forschungsteam einen 2-D Halbleiter auf einer kuppelförmigen Nanostruktur aufgebracht, um einen hocheffizienten Halbleiter zu geringen Kosten zu realisieren.

2-D Halbleitermaterialien haben sich aufgrund ihrer inhärenten Flexibilität, hohen Transparenz und exzellenten Trägertransporteigenschaft, die wichtige Eigenschaften für eine flexible Elektronik sind, als Alternative zu siliziumbasierten Halbleitern herauskristallisiert.

Trotz ihrer hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften sind sie aber aufgrund ihrer extrem dünnen Beschaffenheit überempfindlich gegenüber ihrer Umgebung.

Daher können Unregelmäßigkeiten in der Trägeroberfläche die Eigenschaften von 2-D Halbleitern beeinträchtigen und die Herstellung zuverlässiger und leistungsfähiger Elemente erschweren. Besonders kann es zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Ladungsträgermobilität oder der Lichtausbeute kommen.

Um dieses Problem zu lösen, wurde weiterhin daran gearbeitet, die Substrateffekte grundsätzlich zu blockieren. Eine Möglichkeit besteht darin, einen 2-D Halbleiter 'aufzuhängen'; diese Methode verschlechtert jedoch die mechanische Stabilität, da unter den 2-D Halbleitermaterialien kein Träger vorhanden ist.

Professor Yeon Sik Jung vom 'Department of Materials Science and Engineering' und sein Team haben deshalb eine neue Strategie entwickelt, die auf der Einfügung von hochdichten topografischen Mustern als nanogaphaltige Träger zwischen 2-D Materialien und dem Substrat basiert, um deren Kontakt zu mindern und die durch das Substrat verursachten unerwünschten Effekte zu blockieren.

Mehr als 90% des kuppelförmigen Trägers ist wegen seiner Nanogröße einfach ein leerer Raum. Das Platzieren eines 2D-Halbleiters auf dieser Struktur erzeugt einen ähnlichen Effekt wie das Schweben der Schicht.

Dadurch wird die mechanische Belastbarkeit des Gerätes gesichert und die unerwünschten Effekte vom Substrat minimiert. Durch die Anwendung dieser Methode auf den 2-D Halbleiter wurde die Ladungsträgermobilität mehr als verdoppelt, was eine deutliche Leistungsverbesserung des 2D-Halbleiters mit sich bringt.

Zusätzlich reduzierte das Team die Herstellungskosten des Halbleiters. Im Allgemeinen ist die Konstruktion einer ultrafeinen Kuppelstruktur auf einer Oberfläche mit individuellen Mustern in der Regel mit einem hohen Geräteaufwand verbunden.

Das Team verwendete jedoch eine Methode zur Selbstanordnung von Nanomustern, bei der sich Moleküle zu einer Nanostruktur zusammensetzen. Diese Methode führte zu einer Senkung der Produktionskosten und zeigte eine gute Kompatibilität mit konventionellen Halbleiterherstellungsverfahren.

Professor Jung: "Diese Forschung lässt sich sowohl zur Verbesserung von Elementen mit verschiedenen 2-D Halbleitermaterialien als auch von Elementen mit Graphen, einem metallischen 2-D Material, verwenden."

"Es wird ebenfalls in einem Anwendungsspektrum nützlich sein, wie zum Beispiel als Material für die Hochgeschwindigkeits-Transistorkanäle von flexiblen Displays der nächsten Generation oder für die aktive Schicht in Lichtdetektoren." Der Bericht erschien in "Nano Letters".

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