2022-06-19 11:11

控制合成晶体薄片为未来先进的电子技术铺平了道路

Co<em></em>ntrolled synthesis of crystal flakes paves path for advanced future electronics

根据一项开发了一种制造新型理想二维半导体材料的方法的国际合作,第三维度可能是阻止电子产品变得更薄、更小和更灵活的原因。他们在6月3日的《纳米研究》上发表了他们的研究方法。

由上海交通大学化学系副教授周林带领的研究人员将重点放在砷化铟(InAs)上,这是一种窄禁带半导体,具有用于高速电子和高灵敏度红外探测器的特性。Zhou说,与大多数现有的层状结构的2D材料不同,问题在于InAs通常具有3D晶格结构,这使得转化为用于先进电子和光电子应用的超薄2D薄膜具有挑战性。

“大型超薄二维非层状材料的生长一直是一个巨大的挑战,但也是一个值得解决的问题。由于其高迁移率和可调谐带隙,2D InAs可能成为下一代高性能纳米电子、纳米光子学和量子器件的关键材料。”“它具有两种InAs的优点,比如载流子迁移率高,带隙尺寸小且直接,以及适合小尺寸器件的超薄性质的2D材料灵活且透明。”这项工作也提供了一个有希望的方式,进一步扩展的材料与非层状结构的二维半导体组。

研究人员利用了外延生长中被称为范德华力的弱原子引力。这种力描述了中性分子如何相互连接,而外延则是将一种材料覆盖在晶体状衬底上。利用原子平面云母(自然分层)作为衬底,研究人员生长了一层薄薄的InAs。云母衬底中的分子和InAs中的分子相互吸引,相互连接,从而阻止InAs成长为3D晶格。此外,范德华生长确保在生长的二维InAs中无应变和无失配位错。InAs可以非常薄,并具有所需的特性。

Zhou还指出,InAs和衬底没有共价键,因此它们可以被分离,衬底可以重复使用,使合成过程更具成本效益。

“我们还发现,由于量子约束效应,我们可以通过改变材料的厚度来调整二维InAs的属性,”Zhou说。“2D InAs很容易定制,以获得所需的性能,并与其他化合物集成。除了在合成过程中控制厚度,我们还可以将2D InAs与其他2D材料堆叠,形成多功能异质结,使它们在电子和光伏领域具有显著优势。”

最后的二维InAs材料采用三角形薄片的形式,大约5纳米厚。这大约是一个红细胞的0.0007个大小。材料越小,它最终组成的设备就越小,周说。

“在这项工作之前,高质量的2D -也就是小于10纳米厚度的InAs还没有被报道过,更不用说具有独特光学和电子特性的2D InAs单晶体的大规模合成了。”Zhou说。“我们的工作为基于inas的设备的小型化和集成铺平了道路。”

接下来,周表示,团队将探索新的2D半导体,最终目标是实现高质量2D材料在大面积多功能应用中的可扩展合成。