Forskare vid University of Exeter har utvecklat en innovativ teknik som kan bidra till att skapa nästa generations vardagsflexibla elektronik.

Ett team av ingenjörsexperter har banat väg för ett nytt sätt att förenkla produktionen av van der Waals heterostrukturer med högk-dielektriska sammansättningar av atomärt tunna tvådimensionella (2-D) kristallina material.

Ett sådant 2D-material är grafen, som består av en bikakeformad struktur av kolatomer bara en atom tjock.

Även om fördelarna med van der Waals heterostrukturer är väl dokumenterade, deras utveckling har begränsats av de komplicerade produktionsmetoderna.

Nu, forskargruppen har utvecklat en ny teknik som gör att dessa strukturer kan uppnå lämplig spänningsskalning, förbättrad prestanda och potential för nya, utökade funktioner genom att bädda in ett dielektrikum med hög K-oxid.

Forskningen kan bana väg för en ny generation av flexibla grundläggande elektroniska komponenter.

Forskningen publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg .

Dr Freddie Withers, medförfattare till tidningen och från University of Exeter sa:"Vår metod att bädda in en laserskrivbar hög-K-dielektrikum i olika van der Waals heterostrukturenheter utan att skada de närliggande 2-D monolagermaterialen öppnar dörrar för framtida praktiska flexibla van der Waals enheter som, fälteffekttransistorer, minnen, fotodetektorer och lysdioder som arbetar inom 1-2 voltsområdet"

Strävan efter att utveckla mikroelektroniska enheter till en allt mindre storlek underbygger framstegen inom den globala halvledarindustrin – en samling företag som inkluderar teknik- och kommunikationsjättarna Samsung och Toshiba – har hindrats av kvantmekaniska effekter.

Detta innebär att när tjockleken på konventionella isolatorer minskar, den lätthet med vilken elektroner kan fly genom filmerna.

För att fortsätta skala enheter allt mindre, forskare tittar på att ersätta konventionella isolatorer med oxider med hög dielektrisk konstant (hög-k). Dock, Vanligt använda högk-oxiddeponeringsmetoder är inte direkt kompatibla med 2D-material.

Den senaste forskningen beskriver en ny metod för att bädda in en multifunktionell, nanoskala hög-K-oxid, endast en inom van der Waals-enheter utan att försämra egenskaperna hos de närliggande 2-D-materialen.

Denna nya teknik möjliggör skapandet av en mängd grundläggande nanoelektroniska och optoelektroniska enheter inklusive dubbla grindade grafentransistorer, och vertikala ljusemitterande och detekterande tunneltransistorer.

Dr. Withers tillade:"Det faktum att vi börjar med en skiktad 2-D-halvledare och omvandlar den kemiskt till dess oxid med laserbestrålning möjliggör gränssnitt av hög kvalitet som förbättrar enhetens prestanda.

"Vad som är särskilt intressant för mig är att vi fann att den här oxidationsprocessen för den förälder HfS2 äger rum under laserbestrålning även när den är inklämd mellan 2 angränsande 2-D-material. Detta indikerar att vatten måste färdas mellan gränssnitten för att reaktionen ska inträffa. "

Laserskrivbar hög-K-dielektrikum för van der Waals nanoelektronik publiceras i Vetenskapens framsteg .