En simulering av processen att konvertera 2H-MoTe 2 till 1T'-MoTe 2 med laserbestrålning
Molybdenditellurid (MoTe 2 ) är en kristallin förening som, om det är tillräckligt rent, kan användas som transistor. Dess molekylära struktur är en atomär sandwich som består av en molybdenatom för varannan telluratom. Den tillverkades först på 1960-talet med flera olika tillverkningsmetoder, men fram till förra året, den hade aldrig gjorts i en tillräckligt ren form för att vara lämplig för elektronik.
Förra året, ett tvärvetenskapligt koreanskt forskarlag tog fram en tillverkningsmetod för att skapa ren MoTe 2 . Inte nog med att de lyckades göra MoTe 2 i ren form, de kunde göra två typer av det – en halvledande variant som kallas 2H-MoTe 2 (2H på grund av dess hexagonala form) och en metallisk variant som kallas 1T'-MoTe 2 (1T' eftersom den har en oktaedrisk form) — som båda är stabila vid rumstemperatur.
Att göra MoTe 2 i ren form var mycket svårt och det sågs av vissa som ett svart får av övergångsmetallen dikalkogenider (TMD) familjen och medvetet ignorerades. TMD är molekyler som kan göras extremt tunna, bara flera atomlager, och har en elektrisk egenskap som kallas bandgap, vilket gör dem idealiska för tillverkning av elektriska komponenter, speciellt transistorer.
En TMD-kristall följer ett MX2-format:det finns en övergångsmetall, representeras av M (M kan vara Tungsten, Molybden, etc.) och två kalkogenider, X2 (svavel, Selen, eller Tellur). Dessa atomer bildar en tunn molekylär sandwich med en metall och två kalkogenider, och beroende på deras tillverkningsmetod, kan existera i flera olika formade atomarrangemang.
Den överväldigande majoriteten av nuvarande mikrochips är gjorda av kisel, och de fungerar väldigt bra. Dock, när enheterna blir mindre, det finns en ökande efterfrågan på att krympa storleken på logikchipsen som får dessa enheter att fungera. När chipsen närmar sig en eller flera atoms tjocklek, (kallas vanligtvis tvådimensionell), kisel fungerar inte längre så bra som det gör i en större 3D-skala. När skalan närmar sig två dimensioner (2D), bandgapet av kisel ändras (högre bandgap än dess 3D-form) och kontaktpunkterna med metallanslutningar på kisel är inte längre tillräckligt jämna för att användas effektivt i elektriska kretsar.
2H-MoTe 2 och 1T'-MoTe 2 övergångsledning och metallelektroder anslutna till 1T'-MoTe 2
Detta är det perfekta tillfället att anställa nya, exotiska TMD-material. IBS forskarteam kunde utnyttja de två versionerna av MoTe 2 och gör en 2D-kristall som bestod av den halvledande 2H-MoTe 2 och den metalliska 1T'-MoTe 2 . Denna konfiguration är överlägsen att använda kisel eller andra 2D-halvledare eftersom gränsen där de halvledande (2H) och metalliska (1T') MoTe 2 träffa har vad som kallas am ohmsk homojunction. Detta är ett samband som bildas vid gränsen mellan två olika strukturella faser i ett enda material. Trots en MoTe 2 tillstånd är en halvledare och en är metallisk, teamet kunde skapa en ohmsk homojunction mellan dem, skapa en extremt effektiv anslutning.
Att göra detta, teamet började med en bit av sin rena 2H-MoTe 2 som var flera atomer tjock. De riktade en 1 µm bred laser (ett människohår är 17 till 181 µm) mot 2H-MoTe 2 som lokalt värmde provet och ändrade det drabbade området till 1T'-MoTe 2 . Med denna metod, teamet kunde skapa en 2D-transistor som använde en sammanslagning av båda de halvledande egenskaperna hos 2H-MoTe 2 material samt den höga ledningsförmågan hos 1T'-MoTe 2 .
Detta är en smart lösning på flera problem som har hindrat forskare och ingenjörer tidigare. Genom att endast använda ett material i enhetskanalen och metall-halvledarövergången, det är mer energieffektivt eftersom skarvarna mellan de två faserna av MoTe 2 smälts sömlöst för att åstadkomma en ohmsk kontakt vid lederna. Eftersom 1T'-MoTe 2 är en så bra dirigent, metallelektroder kan appliceras direkt på den, sparar allt extra arbete med att hitta ett sätt att fästa metallkablar. Denna nya tillverkningsteknik är ett hypereffektivt sätt att använda den tillgängliga MoTe 2 utan några bortkastade eller främmande delar.
På frågan om dess potential för framtida användning, Professor Heejun Yang vid SKKU sa, "Det finns många kandidater för 2D-halvledare, men MoTe 2 har ett bandgap på cirka 1 eV vilket liknar kiselbandsgapet och det tillåter en ohmsk homojunction vid halvledar-metallövergångarna." Detta betyder att MoTe 2 kan ersätta kisel utan större förändringar i de nuvarande spänningskonfigurationerna som används med dagens kiselteknologier. Den tvåfasiga MoTe 2 transistorn ser lovande ut för användning i nya elektroniska enheter eftersom efterfrågan på komponenter ökar för material som är små, lätt och extremt energieffektiv.
