Door nog een laag atomen toe te voegen aan al oneindig kleine halfgeleiders, een volgende generatie elektrische apparaten wordt mogelijk. Dit werk om betere en snellere elektronica te bouwen is in volle gang, maar er was weinig bekend over het testen van de ingrediënten van deze apparaten om de prestaties te garanderen. Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van het Nagoya Institute of Technology (NITech) in Japan hebben een methode ontwikkeld om de verbindingen tussen de tweedimensionale laag atomen en de halfgeleiders zo perfect mogelijk te maken.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 15 april in Technische Natuurkunde Brieven .

Ze brachten een laag grafeen aan op galliumnitride, een veelgebruikte halfgeleider. Het grafeen is gemaakt van een enkele laag atomen, terwijl het galliumnitride een driedimensionale structuur is. Samen, grafeen en galliumnitride staan ​​bekend als een heterojunctieapparaat, met aanzienlijke gevoeligheid voor de interface-eigenschappen van metaal en halfgeleiders.

Volgens Golap Kalita Ph.D., een universitair hoofddocent bij NITech, het begrijpen van GaN-heterojunctie-apparaten en hoe ze kunnen worden verbeterd, is van cruciaal belang voor betere apparaatprestaties.

"Ons team heeft een manier gevonden om de interface-eigenschappen van de heterojunctie van grafeen en galliumnitride te bepalen door het apparaat onder ultraviolette verlichting te karakteriseren, ' zei Kalita.

Het grensvlak tussen het grafeen en het galliumnitride moet vrij zijn van onzuiverheden, vooral degenen die energie uit licht halen. Toen de onderzoekers ultraviolet (UV) licht op het heterojunctieapparaat lieten schijnen, ze vonden foto-geëxciteerde elektronen (excitonen) gevangen op het grensvlak en interfereren met de overdracht van informatie.

Het galliumnitride bevat defecten op het oppervlak en andere onvolkomenheden waardoor dergelijke foto-geëxciteerde elektronen vast kunnen komen te zitten aan het grensvlak.

"We ontdekten dat de interfacetoestanden van grafeen en galliumnitride een significante invloed hebben op het junctiegedrag en apparaateigenschappen, ' zei Kalita.

Een dergelijke eigenschap wordt elektrische hysterese genoemd - het is een fenomeen waarbij elektronen vast komen te zitten aan de interface, wat leidt tot gedragsverandering in het apparaat. Het invangen van elektronen is extreem gevoelig voor UV-licht. Het betekent dat zodra het UV-licht op de heterojunctie schijnt, de aangeslagen elektronen worden bevolkt aan het grensvlak en blijven als gevangen, het creëren van een groot hysteresisvenster.

Echter, toen de onderzoekers een meer verfijnde laag grafeen op galliumnitride aanbrachten, ze zagen geen hysteresis-effect zonder lichtverlichting, wat een schonere match op de interface impliceert. Maar het was niet perfect - UV-verlichting zette de foto-geëxciteerde elektronen aan tot een waanzinnig gedrag als gevolg van inherente defecten in galliumnitride.

"Deze bevinding toonde aan dat de grafeen / GaN-heterojunctie-interface kan worden geëvalueerd door het ultraviolette verlichtingsproces, ' zei Kalita.

Het vermogen om de zuiverheid van de interface te evalueren is van onschatbare waarde bij de ontwikkeling van krachtige apparaten, volgens de onderzoekers.

"Deze studie zal nieuwe mogelijkheden bieden om andere heterojunctie-interfaces te karakteriseren door een ultraviolet lichtverlichtingsproces, ' zei Kalita. 'Uiteindelijk, ons doel is om de interface van verschillende twee- en driedimensionale heterostructuren te begrijpen om nieuwe opto-elektronische apparaten met grafeen te ontwikkelen."