Schottky-dioder är sammansatta av en metall i kontakt med en halvledare. Trots sin enkla konstruktion, Schottky-dioder är oerhört användbara komponenter i modern elektronik. Schottky-dioder tillverkade av tvådimensionella (2-D) material har väckt stor forskningsuppmärksamhet de senaste åren på grund av deras potential i transistorer, likriktare, radiofrekvensgeneratorer, logiska grindar, solceller, kemiska sensorer, fotodetektorer, flexibel elektronik och så vidare.

Förståelsen av 2-D-materialbaserade Schottky-dioder är, dock, Ofullständig. Flera teoretiska modeller har samexisterat i litteraturen och en modell väljs ofta a priori utan rigorösa motiveringar. Det är inte ovanligt att se en analytisk modell med underliggande fysik som i grunden motsäger de fysikaliska egenskaperna hos 2-D-material som tillämpas för analys av en 2-D-material Schottky-diod.

Rapporterar in Fysiska granskningsbrev , forskare från Singapore University of Technology and Design (SUTD) har tagit ett stort steg framåt för att lösa mysterierna kring 2D-material Schottky-dioder. Genom att använda en rigorös teoretisk analys, de utvecklade en ny teori för att beskriva olika varianter av 2-D-materialbaserade Schottky-dioder under ett förenande ramverk. Den nya teorin lägger en grund som förenar tidigare kontrasterande modeller, löser därmed en stor förvirring i 2D-materialelektronik.

"Ett särskilt anmärkningsvärt fynd är att den elektriska strömmen som flyter över en Schottky-diod av 2D-material följer en universell skalningslag som passar alla för många typer av 2D-material, " sa förstaförfattaren Dr. Yee Sin Ang från SUTD.

Universella skalningslagar är mycket värdefulla i fysiken eftersom de tillhandahåller en praktisk "schweizerkniv" för att avslöja det inre arbetet i ett fysiskt system. Universella skalningslagar har dykt upp i många grenar av fysiken, inklusive halvledare, supraledare, vätskedynamik, mekaniska frakturer, och även i komplexa system som djurliv, valresultat, transporter och stadstillväxt.

Den universella skalningslagen som upptäckts av SUTD-forskare dikterar hur elektrisk ström varierar med temperaturen och är allmänt tillämplig på breda klasser av 2-D-system inklusive halvledarkvantbrunnar, grafen, silicen, germanene, stanene, övergångsmetalldikalkogenider och de tunna filmerna av topologiska fasta ämnen.

"Den enkla matematiska formen av skalningslagen är särskilt användbar för tillämpade vetenskapsmän och ingenjörer vid utveckling av ny 2D-materialelektronik, " sa medförfattaren Prof. Hui Ying Yang från SUTD.

Skalningslagarna som upptäckts av SUTD-forskare tillhandahåller ett enkelt verktyg för utvinning av Schottky-barriärhöjd - en fysisk storhet som är avgörande för prestandaoptimering av 2D-materialelektronik.

"Den nya teorin har långtgående inverkan i fasta tillståndets fysik, " sa medförfattare och huvudutredare av denna forskning, Prof. Lay Kee Ang från SUTD, "Det signalerar nedbrytningen av klassiska diod-ekvationer som har använts i stor utsträckning för traditionella material under de senaste 60 åren, och ska förbättra vår förståelse för hur man designar bättre 2D-materialelektronik."