Nuevos transistores basados en fósforo negro de una sola capa y arseniuro de germanio.

6 de enero de 2024 característica

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Los materiales semiconductores bidimensionales (2D) han demostrado ser muy prometedores para el desarrollo de diversos dispositivos electrónicos, incluidos dispositivos portátiles y electrónica más pequeña. Estos materiales pueden tener ventajas significativas sobre sus contrapartes voluminosas, como mantener su movilidad de portadores independientemente de su grosor reducido.

A pesar de su promesa para crear electrónica delgada, los semiconductores 2D hasta ahora solo se han utilizado raramente para crear transistores de monocapa, versiones más delgadas de los componentes electrónicos cruciales utilizados para modular y amplificar la corriente eléctrica dentro de la mayoría de los dispositivos existentes. La mayoría de los transistores de monocapa propuestos basados en semiconductores 2D se crearon utilizando algunos materiales cuidadosamente seleccionados conocidos por tener estructuras de red relativamente estables, como grafeno, diseleniuro de tungsteno o disulfuro de molibdeno (MoS2).

Investigadores de la Universidad de Hunan, la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Wuhan recientemente se propusieron desarrollar nuevos transistores de monocapa utilizando materiales semiconductores 2D alternativos que hasta ahora se han utilizado principalmente para crear transistores de varias capas, incluidos el fósforo negro (BP) y el arseniuro de germanio (GeAs). Su trabajo se publica en la revista Nature Electronics.

"Para varios materiales 2D prometedores, como el fósforo negro y el arseniuro de germanio, la fabricación de transistores de monocapa es un desafío y está limitada por las dificultades para formar contactos eléctricos sólidos con los delicados materiales 2D", escribieron Wangying Li, Quanyang Tao y sus colegas en su artículo. "Informamos sobre la fabricación de transistores de monocapa de fósforo negro y arseniuro de germanio con contactos tridimensionales elevados utilizando una técnica de desprendimiento de van der Waals".

El objetivo principal del trabajo reciente de este equipo de investigadores fue crear nuevos transistores basados en semiconductores de monocapa 2D más allá de aquellos que hasta ahora se han utilizado principalmente en diseños de transistores de monocapa. Esto presenta varios desafíos, ya que algunos de estos materiales son difíciles de escalar de manera uniforme y sin comprometer sus propiedades intrínsecas.

Para lograr esto, Li, Tao y sus colaboradores idearon una técnica de desprendimiento de van der Waals que se puede utilizar para crear transistores de monocapa 2D con contactos elevados 3D. Esta técnica implica laminar metales planos sobre canales 2D de varias capas, lo que a su vez permite a los investigadores eliminar la capa semiconductora en la parte superior de la pila desprendiendo el metal.

"A través de un desprendimiento mecánico capa por capa, la región del canal de un transistor de fósforo negro de varias capas se puede reducir gradualmente al grosor de una monocapa sin degradar su delicada retícula y al tiempo que se retiene una región de contacto de varias capas", escribieron Li, Tao y sus colegas.

Como parte de su estudio, el equipo utilizó su técnica de desprendimiento propuesta para crear uniones homojuncionales e hiperredes homogéneas basadas en varios semiconductores 2D, incluidos BP, GeAs, InSe (seleniuro de indio) y GaSe (seleniuro de galio).

El equipo descubrió que su método propuesto les permitió reducir el grosor de la parte del canal de sus transistores mientras mantenían el grosor requerido en la región de contacto.

"Utilizando la técnica, medimos las propiedades eléctricas del mismo transistor 2D con diferentes grosores de canal", escribieron Li, Tao y sus colegas. "Descubrimos que la movilidad de portadores del fósforo negro disminuye bruscamente al reducir el grosor del cuerpo, comportándose más como un semiconductor a granel convencional que como un semiconductor de van der Waals puro".

Como parte de su estudio reciente, los investigadores demostraron el potencial de su técnica para desarrollar transistores de monocapa prometedores con contactos elevados en 3D basados en BP y GeAs. En el futuro, su método de desprendimiento capa por capa podría abrir nuevos horizontes para la creación de transistores más delgados y escalables utilizando semiconductores 2D poco comunes que generalmente se consideran poco eficientes para estas aplicaciones.

'The work has potential implications for other unstable monolayer materials beyond 2D semiconductors such as organic monolayers and perovskite monolayers, which have previously been considered to be non-conductive or to have poor intrinsic properties, but which are actually limited by the poor contact between the metal and monolayers,' Li, Tao and their colleagues added.

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