(Vänster) I 2-D, 13-lagers MoS2, "HOT SPOT" (centrum för strömdistribution) är beläget i de övre skikten med en stor grindförspänning. (Höger) I 2-D, 13-lager grafen, "HOT SPOT" ligger i de nedre lagren vid en stor grindförspänning. Skillnaden uppstår eftersom placeringen av en "HOT SPOT" beror på materialets fysiska egenskaper. Kredit:Das och Appenzeller. © 2013 American Chemical Society
(Phys.org) - Även om forskare fortsätter att upptäcka de anmärkningsvärda elektroniska egenskaperna hos nanomaterial som grafen och övergångsmetalldikalkogenider, hur elektrisk ström flödar i denna skala är inte väl förstådd. I en ny studie, forskare för första gången har undersökt exakt hur en ström strömmar genom flerskikts 2-D-material, och fann att strömflödet i dessa material är mycket annorlunda än strömflödet i 3D-material och kan inte förklaras med konventionella modeller. Denna förståelse kan vägleda forskare i utformningen av framtida nanoelektroniska enheter.
Forskarna, Saptarshi Das och Joerg Appenzeller vid Purdue University i West Lafayette, Indiana, har publicerat sitt papper om det aktuella flödet i 2-D-skiktade material i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .
"Genom vårt experimentella tillvägagångssätt, vi har tagit fram ett nytt sätt att förstå strömflödet genom dessa lågdimensionella material, och vi upptäckte också att de konventionella modellerna för bärtransport som gäller bulkmaterial måste revideras för skiktade 2-D-system, "Berättade det Phys.org .
I deras studie, forskarna utvärderade experimentellt det nuvarande flödet och distributionen i en transistor gjord av 2-D MoS 2 , som var cirka 8 nm tjock och bestod av cirka 13 lager. Som forskarna förklarade, strömmen i de enskilda skikten kan inte mätas direkt. Så de utarbetade en alternativ metod för att kartlägga strömfördelningen i flera lager, vilket innebär kanallängdskalning med hjälp av ett svepelektronmikroskop.
Forskarna fann att strömmen i 2-D MoS 2 fördelas mellan de 13 lagren så att de övre skikten har högsta rörlighet och lägsta motstånd, medan bottenlagren har den lägsta rörligheten och högsta motståndet. Genom att beräkna det vägda genomsnittet av strömmen i de enskilda lagren, forskarna bestämde platsen för "HOT-SPOT" som centrum för den nuvarande distributionen, som i detta fall låg i de övre skikten.
Dock, när forskarna ändrade den förspänning som applicerades på porten, platsen för "HOT-SPOT" ändrades också. Vid höga gate bias -värden, motståndet för varje lager är lågt och "HOT-SPOT" är placerat vid de översta lagren. Men när portförspänningen minskar, motståndet ökar och "HOT-SPOT" migrerar till de nedre lagren. Denna ovanliga migration av "HOT-SPOT" som en funktion av den tillämpade grindförskjutningen ger också upphov till ett ytterligare motstånd som forskarna kallar "motstånd mellan skikt, "som inte finns i 3D-material och inte kan förklaras inom den konventionella modellen för strömflöde baserat på Schottky-barriärkontakter.
Forskarna utvärderade också experimentellt det nuvarande flödet och distributionen i 2-D grafen bestående av cirka 13 lager, och observerade motsatta effekter jämfört med MoS 2 . Nämligen, forskarna fann att strömmen övervägande strömmar till bottenlagren i grafen, där "HOT-SPOT" ligger, medan de övre skikten har ett högre motstånd. Forskarna förklarar att denna skillnad uppstår eftersom grafen och MoS 2 har olika fysiska egenskaper, och positionen för "HOT-SPOT" styrs av ett materials fysiska egenskaper. Genom att känna till de fysiska egenskaperna hos ett flerskikts 2-D-material, positionen för "HOT-SPOT" kan förutsägas med en felmarginal på 5%.
Att förstå det nuvarande flödet och distributionen i flerskikts 2-D-material-tillsammans med att veta att dessa funktioner skiljer sig åt för olika material-kommer sannolikt att vara mycket användbart vid design av framtida elektronikkomponenter.
"Att förstå bärtransporten i lågdimensionella material är inte bara tilltalande ur en grundläggande vetenskaplig synpunkt, men också lika viktigt i samband med högpresterande enhetsdesign, "Das sa." Vår experimentella studie kombinerat med analytisk modellering ger nya insikter om strömflödet i tvådimensionella skiktade material som MoS 2 och grafen, vilket kommer att vara till hjälp för många forskare som arbetar inom detta område. "
Das tillade att hans framtida arbete kommer att fokusera på implementering av nya enhetskoncept baserade på nya 2-D-material som använder deras unika elektriska, mekaniska och optiska egenskaper.
© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.
