En ny studie, knuten till UNIST har introducerat en ny metod för tillverkning av världens tunnaste oxidhalvledare som bara är en atom tjock. Detta kan öppna upp nya möjligheter för tunna, transparent, och flexibla elektroniska enheter, som ultrasmå sensorer.

Dessa nya ultratunna oxidhalvledare skapades av ett team av forskare, ledd av professor Zonghoon Lee i materialvetenskap och teknik vid UNIST. I studien, Professor Lee har lyckats demonstrera bildandet av tvådimensionell zinkoxid (ZnO) halvledare med en atoms tjocklek.

Detta material bildas genom att direkt odla ett enatomtjockt ZnO-lager på grafen, med användning av atomskiktsavsättning. Det är också det tunnaste heteroepitaxiella lagret av halvledande oxid på monolager grafen.

"Flexibel, högpresterande enheter är oumbärliga för konventionell bärbar elektronik, som har uppmärksammats nyligen, " säger professor Lee. "Med detta nya material, vi kan uppnå verkligt högpresterande flexibla enheter."

Halvledarteknologin går ständigt mot mindre funktionsstorlekar och större driftseffektivitet och de befintliga kiselhalvledarna verkar också följa denna trend. Dock, när tillverkningsprocessen blir finare, prestandan blir en mycket kritisk fråga och det har gjorts mycket forskning om nästa generations halvledare, som kan ersätta kisel.

Grafen har överlägsna konduktivitetsegenskaper, men det kan inte direkt användas som ett alternativ till kisel i halvledarelektronik eftersom det inte har något bandgap. Ett bandgap ger ett material förmågan att starta och stoppa flödet av elektroner som bär elektricitet. I grafen, dock, elektroner rör sig slumpmässigt med konstant hastighet oavsett deras energi och de kan inte stoppas.

För att lösa detta, forskargruppen bestämde sig för att demonstrera atom-för-atom-tillväxt av zink och syre vid den föredragna sicksackkanten av ett ZnO-monoskikt på grafen genom observation på plats. Sedan, de bestämmer experimentellt att det tunnaste ZnO-monoskiktet har ett brett bandgap (upp till 4,0 eV), på grund av kvantinneslutning och grafenliknande "hyper-honeycomb" struktur, och hög optisk transparens.

De för närvarande existerande oxidhalvledarna har ett relativt stort bandgap i intervallet 2,9-3,5 eV. Ju större bandgapenergi, desto lägre är läckström och överskottsljud.

"Detta är första gången som faktiskt observerar in situ-bildningen av hexagonal struktur av ZnO, " säger Hyo-Ki Hong på Materials Science and Engineering, tidningens första författare. "Genom denna process, vi kunde förstå processen och principen för 2D ZnO-halvledarproduktion."

"Den heteroepitaxiella stapeln av de tunnaste 2D-oxidhalvledarna på grafen har potential för framtida optoelektroniska enhetstillämpningar förknippade med hög optisk transparens och flexibilitet, " säger professor Lee. "Denna studie kan leda till en ny klass av 2D-heterostrukturer inklusive halvledande oxider som bildas av mycket kontrollerad epitaxiell tillväxt genom en avsättningsväg."