Een nieuwe studie, aangesloten bij UNIST heeft een nieuwe methode geïntroduceerd voor de fabricage van 's werelds dunste oxidehalfgeleider die slechts één atoom dik is. Dit kan nieuwe mogelijkheden bieden voor dunne, transparant, en flexibele elektronische apparaten, zoals ultrakleine sensoren.

Deze nieuwe ultradunne oxide-halfgeleiders zijn gemaakt door een team van wetenschappers, onder leiding van professor Zonghoon Lee van Materials Science and Engineering bij UNIST. In de studie, Professor Lee is erin geslaagd de vorming van tweedimensionale zinkoxide (ZnO) halfgeleiders met één atoomdikte aan te tonen.

Dit materiaal wordt gevormd door direct een enkel atoom dikke ZnO-laag op grafeen te laten groeien, met behulp van atomaire laagafzetting. Het is ook de dunste heteroepitaxiale laag van halfgeleidend oxide op monolaag grafeen.

"Flexibel, high-performance apparaten zijn onmisbaar voor conventionele draagbare elektronica, die de laatste tijd de aandacht trekken, ", zegt professor Lee. "Met dit nieuwe materiaal, we kunnen echt hoogwaardige flexibele apparaten realiseren."

Halfgeleidertechnologie beweegt zich voortdurend in de richting van kleinere kenmerken en grotere operationele efficiëntie en de bestaande siliciumhalfgeleiders lijken deze trend ook te volgen. Echter, naarmate het fabricageproces fijner wordt, de prestatie wordt een veel kritiek punt en er is veel onderzoek gedaan naar de volgende generatie halfgeleiders, die silicium kan vervangen.

Grafeen heeft superieure geleidbaarheidseigenschappen, maar het kan niet direct worden gebruikt als alternatief voor silicium in halfgeleiderelektronica omdat het geen bandgap heeft. Een bandgap geeft een materiaal de mogelijkheid om de stroom van elektronen die elektriciteit transporteren te starten en te stoppen. in grafeen, echter, elektronen bewegen willekeurig met een constante snelheid, ongeacht hun energie en ze kunnen niet worden gestopt.

Om dit op te lossen, het onderzoeksteam besloot om atoom-voor-atoom groei van zink en zuurstof aan de preferentiële zigzagrand van een ZnO-monolaag op grafeen aan te tonen door middel van in-situ observatie. Vervolgens, ze bepalen experimenteel dat de dunste ZnO-monolaag een brede bandafstand heeft (tot 4,0 eV), vanwege kwantumopsluiting en grafeenachtige 'hyper-honingraat'-structuur, en hoge optische transparantie.

De momenteel bestaande oxidehalfgeleiders hebben een relatief grote bandgap in het bereik van 2,9-3,5 eV. Hoe groter de band gap-energie, hoe lager de lekstroom en het teveel aan ruis.

"Dit is de eerste keer dat de in situ vorming van de hexagonale structuur van ZnO daadwerkelijk wordt waargenomen, " zegt Hyo-Ki Hong van Materials Science and Engineering, eerste auteur van het artikel. "Door dit proces we konden het proces en het principe van 2D ZnO-halfgeleiderproductie begrijpen."

"De heteroepitaxiale stapel van de dunste 2D-oxidehalfgeleiders op grafeen heeft potentieel voor toekomstige opto-elektronische apparaattoepassingen in verband met hoge optische transparantie en flexibiliteit, " zegt professor Lee. "Deze studie kan leiden tot een nieuwe klasse van 2D-heterostructuren, waaronder halfgeleidende oxiden die worden gevormd door sterk gecontroleerde epitaxiale groei via een afzettingsroute."