Atomtunna 2D-halvledare har uppmärksammats för sina överlägsna fysikaliska egenskaper jämfört med kiselhalvledare; ändå, de är inte de mest tilltalande materialen på grund av deras strukturella instabilitet och kostsamma tillverkningsprocess. För att belysa dessa begränsningar, en KAIST forskargrupp suspenderade en 2-D halvledare på en kupolformad nanostruktur för att producera en mycket effektiv halvledare till en låg kostnad.

2-D halvledande material har dykt upp som alternativ för kiselbaserade halvledare på grund av deras inneboende flexibilitet, hög transparens, och utmärkta transportegenskaper, som är de viktiga egenskaperna för flexibel elektronik.

Trots deras enastående fysikaliska och kemiska egenskaper, de är överkänsliga för sin miljö på grund av sin extremt tunna natur. Därav, eventuella ojämnheter i stödytan kan påverka egenskaperna hos 2D-halvledare och göra det svårare att producera pålitliga och välpresterande enheter. Särskilt, det kan resultera i allvarlig försämring av laddningsbärarens rörlighet eller ljusutsläpp.

För att lösa det här problemet, det har gjorts fortsatta ansträngningar för att i grunden blockera substrateffekterna. Ett sätt är att suspendera en 2D-halvledare; dock, denna metod kommer att försämra den mekaniska hållbarheten på grund av frånvaron av ett stöd under de 2-D halvledande materialen.

Professor Yeon Sik Jung från institutionen för materialvetenskap och hans team kom fram till en ny strategi baserad på införandet av topografiska mönster med hög densitet som en nanogap-innehållande stödjande mellan 2D-material och substratet för att mildra deras kontakt och för att blockera de substratinducerade oönskade effekterna.

Mer än 90 % av den kupolformade supportern är helt enkelt ett tomt utrymme på grund av dess storlek i nanometerskala. Att placera en 2D-halvledare på denna struktur skapar en liknande effekt som att sväva lagret. Därav, denna metod säkerställer enhetens mekaniska hållbarhet samtidigt som de oönskade effekterna från substratet minimeras. Genom att tillämpa denna metod på 2D-halvledaren, laddningsbärarens rörlighet mer än fördubblades, visar en betydande förbättring av 2D-halvledarens prestanda.

Dessutom, teamet sänkte priset för att tillverka halvledaren. I allmänhet, att konstruera en ultrafin kupolstruktur på en yta innebär i allmänhet kostsam utrustning för att skapa individuella mönster på ytan. Dock, teamet använde en metod för att självmontera nanomönster där molekyler sätter sig själva för att bilda en nanostruktur. Denna metod ledde till sänkta produktionskostnader och visade god kompatibilitet med konventionella halvledartillverkningsprocesser.

Professor Jung sa:"Denna forskning kan användas för att förbättra enheter som använder olika 2-D halvledande material såväl som enheter som använder grafen, ett metalliskt 2D-material. Det kommer att vara användbart i ett brett spektrum av applikationer, som materialet för höghastighetstransistorkanalerna för nästa generations flexibla displayer eller för det aktiva lagret i ljusdetektorer."