Atomair dunne 2D-halfgeleiders hebben de aandacht getrokken vanwege hun superieure fysieke eigenschappen ten opzichte van siliciumhalfgeleiders; hoe dan ook, het zijn niet de meest aantrekkelijke materialen vanwege hun structurele instabiliteit en het kostbare productieproces. Om enig licht te werpen op deze beperkingen, een KAIST-onderzoeksteam heeft een 2D-halfgeleider op een koepelvormige nanostructuur gehangen om tegen lage kosten een zeer efficiënte halfgeleider te produceren.

2-D halfgeleidermaterialen zijn naar voren gekomen als alternatieven voor op silicium gebaseerde halfgeleiders vanwege hun inherente flexibiliteit, hoge transparantie, en uitstekende transporteigenschappen, wat de belangrijkste kenmerken zijn voor flexibele elektronica.

Ondanks hun uitstekende fysische en chemische eigenschappen, ze zijn overgevoelig voor hun omgeving vanwege hun extreem dunne karakter. Vandaar, eventuele onregelmatigheden in het ondersteunende oppervlak kunnen de eigenschappen van 2D-halfgeleiders beïnvloeden en het moeilijker maken om betrouwbare en goed presterende apparaten te produceren. Vooral, het kan leiden tot een ernstige verslechtering van de mobiliteit van de ladingsdrager of de opbrengst aan lichtemissie.

Om dit probleem op te lossen, er zijn voortdurende inspanningen geleverd om de substraateffecten fundamenteel te blokkeren. Eén manier is om een ​​2D-halfgeleider op te hangen; echter, deze methode zal de mechanische duurzaamheid aantasten vanwege de afwezigheid van een drager onder de 2-D halfgeleidende materialen.

Professor Yeon Sik Jung van het Department of Materials Science and Engineering en zijn team bedachten een nieuwe strategie gebaseerd op het invoegen van topografische patronen met hoge dichtheid als een nanogap-bevattende supporter tussen 2D-materialen en het substraat om hun contact en om de door het substraat veroorzaakte ongewenste effecten te blokkeren.

Meer dan 90% van de koepelvormige supporter is simpelweg een lege ruimte vanwege de schaal op nanometerschaal. Door een 2D-halfgeleider op deze structuur te plaatsen, ontstaat een soortgelijk effect als het laten zweven van de laag. Vandaar, deze methode verzekert de mechanische duurzaamheid van het apparaat terwijl de ongewenste effecten van het substraat worden geminimaliseerd. Door deze methode toe te passen op de 2-D halfgeleider, de mobiliteit van ladingdragers meer dan verdubbeld, met een significante verbetering van de prestaties van de 2D-halfgeleider.

Aanvullend, het team verlaagde de prijs voor het vervaardigen van de halfgeleider. In het algemeen, het construeren van een ultrafijne koepelstructuur op een oppervlak vereist doorgaans kostbare apparatuur om individuele patronen op het oppervlak te creëren. Echter, het team gebruikte een methode om nanopatronen zelf te assembleren waarin moleculen zichzelf assembleren om een ​​nanostructuur te vormen. Deze methode leidde tot verlaging van de productiekosten en toonde een goede compatibiliteit met conventionele halfgeleiderproductieprocessen.

Professor Jung zei:"Dit onderzoek kan worden toegepast om apparaten te verbeteren die verschillende 2D-halfgeleidende materialen gebruiken, evenals apparaten die grafeen gebruiken, een metalen 2D-materiaal. Het zal nuttig zijn in een breed scala aan toepassingen, zoals het materiaal voor de hogesnelheidstransistorkanalen voor flexibele displays van de volgende generatie of voor de actieve laag in lichtdetectoren."