Opto-elektronica detecteert of straalt licht uit en wordt gebruikt in een verscheidenheid aan apparaten in veel verschillende industrieën. Deze apparaten zijn van oudsher afhankelijk van dunne transistors, dit zijn kleine halfgeleiders die de beweging regelen van elektronen en fotonen gemaakt van grafeen en andere tweedimensionale materialen. Grafeen en deze andere materialen hebben echter vaak problemen met het openen van de bandafstand en andere tekortkomingen, waardoor onderzoekers op zoek zijn naar een alternatief.

Wanneer palladiumdiselenide wordt behandeld met een methode die de Lewiszuurbehandeling wordt genoemd, is het een mogelijke oplossing om aan de behoeften van opto-elektronische apparaten te voldoen.

Onderzoek waarin deze methode werd geanalyseerd, werd gepubliceerd in een artikel in Nano Research .

Prof. Dr. Mark H. Rümmeli, hoogleraar ERA Chairs aan de Technische Universiteit van Ostrava (VSB-TUO), zei:"Palladium diselenide vertoont unieke fysieke eigenschappen, waaronder een instelbare bandafstand en indrukwekkende apparaatprestaties. Het demonstreert met name langdurige stabiliteit op lange termijn in de omgevingslucht zonder de noodzaak van extra verpakking."

Geïnspireerd door de halfgeleiderfysica overwogen de onderzoekers hoe doping palladiumdiselenide zou kunnen veranderen om de prestaties ervan te verbeteren. Doping is de opzettelijke introductie van onzuiverheden in een materiaal, resulterend in drie soorten materialen:ongerept, p-type gedoteerd en n-type gedoteerd. Wanneer een p-type gedoteerd materiaal en een n-type gedoteerd materiaal elkaar raken, creëren ze een p-n-overgang. Deze kruising is essentieel voor opto-elektronische apparaten, omdat hier de conversie van licht naar elektron en elektron naar licht plaatsvindt.

Om p-type gedoteerd en n-type gedoteerd palladiumdiselenide op een gecontroleerde manier te creëren, gebruikten onderzoekers de Lewis-zuurbehandeling. "Het gecontroleerde dopingniveau kan ervoor zorgen dat palladiumdiselenide een andere energiebandkloof heeft, wat een toolkit of bibliotheek met materialen verrijkt voor de selectie en het ontwerp van de pn-overgang", zegt dr. Hong Liu, professor aan het State Key Laboratory of Crystal. Materialen aan de Shandong Universiteit in Jinan, China.

"De Lewis-zuurbehandeling kan de vervanging van de palladiumatomen (door tin uit tinchloride, één type Lewis-zuur) in het palladiumdiselenide introduceren. We hebben een data-passende vergelijking gevonden tussen het dopingniveau versus de concentratie van Lewis-zuur, die kan mensen inspireren om meer p-type gedoteerde tweedimensionale materialen te manipuleren."

Om deze methode te testen, hebben onderzoekers een ongerepte film van palladiumdiselenide gemaakt. De film werd vervolgens gemodificeerd met behulp van de Lewis-zuurbehandeling. Na de initiële behandeling met Lewiszuur was de roosterstructuur van de palladiumdiselenidefilm onveranderd, maar de opkomende pieken van tin, palladium en selenium werden bevestigd met behulp van beeldvorming.

Deze pieken bewezen dat tin als p-type doteringsmiddel kon worden gebruikt. Aanvullende tests met verschillende concentraties tinchloride lieten zien hoe de drempelspanning van palladiumdiselenide kon worden geregeld, afhankelijk van de concentratie tinchloride. Deze richtlijnen kunnen worden toegepast voor toekomstige doping van palladiumdiselenide met behulp van Lewis-zuren. Het zou ook een blauwdruk kunnen bieden voor het uitvoeren van soortgelijke tests op andere halfgeleidermaterialen.

Vooruitkijkend zullen onderzoekers plannen maken hoe de verwerking van deze tweedimensionale materialen kan worden geschaald. "We zullen de opwindende toepassingen demonstreren van p-type gedoteerd palladiumdiselenide in verschillende elektronische componenten, zoals veldeffecttransistors, fotodetectoren en lichtemitters. We zijn van plan te proberen de doteringsmethode voor halfgeleiders te optimaliseren, die gemakkelijk kan worden overgenomen door de industriële standaarden en zouden in de nabije toekomst in de halfgeleiderindustrie kunnen worden gebruikt voor massaproductie."

"Ons uiteindelijke doel is om deze techniek toe te passen in draagbare en flexibele elektronica door de op palladium diselenide gebaseerde transistors en fotodetectoren te integreren met op polymeer gebaseerde spanningssensoren in flexibele substraten, wat resulteert in een slim biomedisch systeem voor monitoringtoepassingen in de menselijke gezondheidszorg", aldus Dr. Dr. Jinbo Pang, hoogleraar scheikunde en materiaalkunde aan de Universiteit van Jinan in Jinan, China.

Meer informatie: Jiali Yang et al., Modulerende p-type doping van tweedimensionaal materiaal palladium diselenide, Nanoonderzoek (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6196-7

Journaalinformatie: Nano-onderzoek

Aangeboden door Tsinghua University Press