Nuovi transistori basati su fosforo nero monostrato e arseniuro di germanio.

6 gennaio 2024 caratteristica

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a cura di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

I materiali semiconduttori bidimensionali (2D) si sono dimostrati molto promettenti per lo sviluppo di vari dispositivi elettronici, tra cui dispositivi indossabili ed elettronica di dimensioni ridotte. Questi materiali possono vantare notevoli vantaggi rispetto ai loro corrispettivi voluminosi, ad esempio mantenendo la loro mobilità dei portatori indipendentemente dalla riduzione dello spessore.

Nonostante le loro promesse per la creazione di elettronica sottile, i semiconduttori 2D sono stati finora utilizzati solo raramente per creare transistor monolayer, versioni più sottili dei componenti elettronici cruciali utilizzati per modulare e amplificare la corrente elettrica all'interno della maggior parte dei dispositivi esistenti. I transistor monolayer proposti basati su semiconduttori 2D sono stati creati utilizzando alcuni materiali attentamente selezionati noti per avere strutture di reticolo relativamente stabili, come il grafene, il diseleniuro di tungsteno o il disolfuro di molibdeno (MoS2).

Ricercatori dell'Università di Hunan, dell'Accademia Cinese delle Scienze e dell'Università di Wuhan si sono recentemente impegnati nella creazione di nuovi transistor monolayer utilizzando materiali semiconduttori 2D alternativi che finora sono stati principalmente utilizzati per creare transistor multi-layer, tra cui il fosforo nero (BP) e l'arseniuro di germanio (GeAs). Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Electronics.

"Per una serie di promettenti materiali 2D, come il fosforo nero e l'arseniuro di germanio, la fabbricazione di transistor monolayer è impegnativa e limitata dalle difficoltà nel creare un contatto elettrico robusto con i delicati materiali 2D", hanno scritto Wangying Li, Quanyang Tao e i loro colleghi nel loro articolo. "Riportiamo la fabbricazione di transistor monolayer a base di fosforo nero e arseniuro di germanio con contatti rialzati tridimensionali utilizzando una tecnica di peeling di van der Waals".

Lo scopo principale del recente lavoro di questa squadra di ricercatori era quello di creare nuovi transistor basati su semiconduttori monolayer 2D al di là di quelli che finora sono stati principalmente utilizzati nei progetti di transistor monolayer. Ciò presenta diverse sfide, poiché alcuni di questi materiali sono difficili da ridurre uniformemente senza compromettere le loro proprietà intrinseche.

Per raggiungere questo obiettivo, Li, Tao e i loro collaboratori hanno ideato una tecnica di peeling di van der Waals che può essere utilizzata per creare transistor monolayer 2D con contatti rialzati a 3D. Questa tecnica prevede la laminazione di metalli piani su canali multi-layer 2D, che a loro volta consente ai ricercatori di rimuovere il layer semiconduttore in cima alla pila togliendo via il metallo.

"Attraverso il peeling meccanico strato per strato, la regione del canale di un transistor multilayer di fosforo nero può essere ridotta gradualmente allo spessore di un monolayer senza degradare il suo delicato reticolo e mantenendo una regione di contatto multistrato", hanno scritto Li, Tao e i loro colleghi.

Nel contesto del loro studio, il team ha utilizzato la loro proposta tecnica di peeling per creare giunzioni omogenee e super-reticoli omogenei basati su vari semiconduttori 2D, tra cui BP, GeAs, InSe (seleniuro di indio) e GaSe (seleniuro di gallio).

Il team ha rilevato che il loro metodo proposto consente di ridurre lo spessore della parte del canale dei loro transistor mantenendo lo spessore richiesto nella regione di contatto.

"Utilizzando la tecnica, misuriamo le proprietà elettriche dello stesso transistor 2D con diversi spessori del canale", hanno scritto Li, Tao e i loro colleghi. "Abbiamo riscontrato che la mobilità dei portatori di fosforo nero diminuisce bruscamente quando si riduce lo spessore del corpo, comportandosi più come un semiconduttore convenzionale a granello piuttosto che come un puro semiconduttore a van der Waals".

Nel contesto del loro recente studio, i ricercatori hanno dimostrato il potenziale della loro tecnica per lo sviluppo di promettenti transistor monolayer con contatti rialzati in 3D basati su BP e GeAs. In futuro, il loro metodo di peeling strato per strato potrebbe aprire nuovi orizzonti per la creazione di transistor più sottili e scalabili utilizzando semiconduttori 2D non comuni che sono generalmente considerati inefficaci per queste applicazioni.

'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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