Een team van onderzoekers onder leiding van de North Carolina State University heeft ontdekt dat het stapelen van materialen met een dikte van slechts één atoom halfgeleiderjuncties kan creëren die lading efficiënt overdragen, ongeacht of de kristallijne structuur van de materialen niet overeenkomt - waardoor de productiekosten voor een breed scala aan halfgeleiderapparaten zoals zonnecellen worden verlaagd, lasers en leds.

"Dit werk toont aan dat we, door meerdere tweedimensionale (2-D) materialen op willekeurige manieren te stapelen, halfgeleiderjuncties kunnen creëren die net zo functioneel zijn als die met een perfecte uitlijning", zegt Dr. Linyou Cao, senior auteur van een paper over het werk en een assistent-professor materiaalwetenschappen en techniek bij NC State.

"Dit zou de fabricage van halfgeleiderapparaten een orde van grootte goedkoper kunnen maken."

Om de meeste halfgeleider elektronische of fotonische apparaten te laten werken, ze moeten een kruising hebben, dat is waar twee halfgeleidermaterialen aan elkaar zijn gebonden. Bijvoorbeeld, in fotonische apparaten zoals zonnecellen, lasers en leds, de kruising is waar fotonen worden omgezet in elektronen, of vice versa.

Alle halfgeleiderjuncties zijn afhankelijk van een efficiënte ladingsoverdracht tussen materialen, om ervoor te zorgen dat de stroom soepel vloeit en dat er een minimum aan energie verloren gaat tijdens de overdracht. Om dat te doen in conventionele halfgeleiderovergangen, de kristallijne structuren van beide materialen moeten overeenkomen. Echter, dat beperkt de materialen die kunnen worden gebruikt, omdat je ervoor moet zorgen dat de kristallijne structuren compatibel zijn. En dat beperkte aantal materiaalovereenkomsten beperkt de complexiteit en het bereik van mogelijke functies voor halfgeleiderjuncties.

"Maar we ontdekten dat de kristallijne structuur er niet toe doet als je atomair dunne, 2D materialen, Cao zegt. "We gebruikten molybdeensulfide en wolfraamsulfide voor dit experiment, maar dit is een fundamentele ontdekking die volgens ons van toepassing is op elk 2-D halfgeleidermateriaal. Dat betekent dat u elke combinatie van twee of meer halfgeleidermaterialen kunt gebruiken, en je kunt ze willekeurig stapelen, maar toch een efficiënte ladingsoverdracht tussen de materialen krijgen."

Momenteel, het creëren van halfgeleiderovergangen betekent perfect matchen van kristallijne structuren tussen materialen - wat dure apparatuur vereist, geavanceerde verwerkingsmethoden en gebruikersexpertise. Deze fabricagekosten zijn een belangrijke reden waarom halfgeleiderapparaten zoals zonnecellen, lasers en leds blijven erg duur. Maar het stapelen van 2D-materialen vereist niet dat de kristallijne structuren overeenkomen.

"Het is zo simpel als stukjes papier op elkaar stapelen - het maakt niet eens uit of de randen van het papier op één lijn liggen, ' zegt Cao.

De krant, "Evenzo efficiënte tussenlaagexcitonontspanning en verbeterde absorptie in epitaxiale en niet-epitaxiale MoS2 / WS2-heterostructuren, " werd gepubliceerd als een "zojuist geaccepteerd" manuscript in Nano-letters 3 december