Het moderne leven zou bijna ondenkbaar zijn zonder transistors. Ze zijn de alomtegenwoordige bouwstenen van alle elektronische apparaten, en elke computerchip bevat er miljarden van. Echter, naarmate de chips steeds kleiner worden, de huidige 3D-veldelektronische transistors (FET's) bereiken hun efficiëntielimiet. Een onderzoeksteam van het Institute for Basic Science (IBS) heeft de eerste 2-D elektronische schakeling (FET) ontwikkeld die is gemaakt van één materiaal. Gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , deze studie toont een nieuwe methode om metallische en halfgeleidende polymorfen van hetzelfde materiaal te maken om 2D FET's te vervaardigen.

In simpele termen, FET's kunnen worden gezien als snelle schakelaars, samengesteld uit twee metalen elektroden en een halfgeleidend kanaal ertussen. Elektronen (of gaten) bewegen van de bronelektrode naar de afvoerelektrode, door het kanaal stromen. Hoewel 3D-FET's met succes zijn verkleind tot dimensies op nanoschaal, hun fysieke beperkingen beginnen naar voren te komen. Korte halfgeleiderkanaallengtes leiden tot een afname van de prestaties - sommige elektronen kunnen tussen de elektroden stromen, zelfs als dat niet zou moeten, waardoor warmte en efficiëntie verminderen. Om deze prestatievermindering te overwinnen, transistorkanalen moeten worden gemaakt met dunne materialen op nanometerschaal. Echter, zelfs dunne 3D-materialen zijn niet goed genoeg, als ongepaarde elektronen, een deel van de zogenaamde "bungelende bindingen" aan het oppervlak interfereren met de stromende elektronen, leidt tot verstrooiing.

Het gebruik van 2-D FET's in plaats van 3-D FET's kan deze problemen oplossen en biedt nieuwe, aantrekkelijke eigenschappen. "FET's gemaakt van 2D-halfgeleiders zijn vrij van korte-kanaaleffecten omdat alle elektronen zijn opgesloten in van nature atomair dunne kanalen, vrij van bungelende banden aan de oppervlakte, " legt Ji Ho Sung uit, eerste auteur van de studie. Bovendien, een enkellaagse en weiniglagige vorm van gelaagde 2D-materialen hebben een breed scala aan elektrische en afstembare optische eigenschappen, dikte op atomaire schaal, mechanische flexibiliteit en grote bandgaps (1~2 eV).

Het belangrijkste probleem voor 2D FET-transistoren is het bestaan ​​van een grote contactweerstand op het grensvlak tussen de 2D-halfgeleider en een willekeurig bulkmetaal. Dit behandelen, het team bedacht een nieuwe techniek om 2-D metalen transistors te produceren met halfgeleiders gemaakt van molybdeentelluride (MoTe ₂ ). Het is een polymorf materiaal, wat betekent dat het zowel als metaal als als halfgeleider kan worden gebruikt. Contactweerstand op het grensvlak tussen de halfgeleider en metalen MoTe ₂ blijkt zeer laag te zijn. De slagboomhoogte werd met een factor 7 verlaagd, van 150 meV tot 22 meV.

IBS-wetenschappers gebruikten de chemische dampafzettingstechniek (CVD) om hoogwaardige metalen of halfgeleidende MoTe . te bouwen ₂ Kristallen. Het polymorfisme wordt geregeld door de temperatuur in een warmwandige kwartsbuisoven gevuld met NaCl-damp bij 710 ° C om metaal te verkrijgen, en 670°C voor een halfgeleider.

De wetenschappers vervaardigden ook grotere schaalstructuren met behulp van strepen van wolfraamdiselenide (WSe ₂ ) afgewisseld met wolfraam ditelluride (WTe ₂ ). Ze creëerden eerst een dunne laag halfgeleidende WSe ₂ met chemische dampafzetting, dan wat strepen eruit geschraapt en metallic WTe2 op zijn plaats groeide.

Naar verwachting zal in de toekomst een nog kleinere contactweerstand zou kunnen worden gerealiseerd, het bereiken van de theoretische kwantumlimiet, dat wordt beschouwd als een belangrijk probleem in de studie van 2D-materialen, inclusief grafeen en andere overgangsmetaal dichalcogenide materialen.