Den tredje dimensionen kan vara ansvarig för att förhindra att elektroniken blir tunnare, mindre och mer flexibel, enligt ett internationellt samarbete som utvecklat ett sätt att tillverka nya, idealiserade tvådimensionella halvledarmaterial. De publicerade sitt tillvägagångssätt den 3 juni i Nano Research .

Forskarna, ledda av Lin Zhou, docent i kemi vid Shanghai Jiao Tong University i Kina, fokuserade på indiumarsenid (InAs), en halvledare med smala bandgap med egenskaper användbara för höghastighetselektronik och mycket känsliga infraröda fotodetektorer. Till skillnad från de flesta befintliga 2D-material med skiktade strukturer, är problemet, sa Zhou, att InAs vanligtvis har en 3D-gitterstruktur, vilket gör det utmanande att omvandla till ultratunna 2D-filmer för avancerade elektroniska och optoelektroniska applikationer.

"Tillväxten av stora, ultratunna 2D icke-skiktade material har varit en stor utmaning, men en värd att lösa. Tack vare dess höga rörlighet och avstämbara bandgap kan 2D InAs bli ett kritiskt material för nästa generations, högpresterande nanoelektronik , nanofotonik och kvantenheter," sa Zhou. "Den har fördelarna med både InAs, såsom hög bärarmobilitet, liten och direkt bandgapstorlek, och 2D-material, som har en ultratunna karaktär som lämpar sig för små enheter, är flexibla och transparenta." Detta arbete ger också ett lovande sätt att ytterligare utöka gruppen av 2D-halvledare genom att införliva material med icke-skiktade strukturer.

Forskarna utnyttjade en svag atomär attraktion känd som van der Waals kraft i epitaxitillväxt. Kraften beskriver hur neutrala molekyler kan ansluta med varandra, medan epitaxi innebär att man applicerar en överlagring av ett material på ett kristallliknande substrat. Med hjälp av atomärt platt glimmer, som är naturligt skiktad, som substrat, odlade forskarna ett tunt lager av InAs. Molekylerna i glimmersubstratet och molekylerna i InAs attraheras tillräckligt ömsesidigt för att ansluta, vilket förhindrar InAs från att växa till ett 3D-gitter. Dessutom säkerställer van der Waals-tillväxten ansträngningsfri och inga felpassade dislokationer i 2D InAs som växt. InAs kan vara otroligt tunna med önskade egenskaper.

Zhou noterade också att InAs och substratet inte binder kovalent, så de kan separeras och substratet återanvändas, vilket gör syntesprocessen mer kostnadseffektiv.

"Vi fann också att vi kan ställa in egenskaperna hos 2D InAs genom att ändra materialets tjocklek på grund av kvantinneslutningseffekten," sa Zhou. "2D InAs är lätt att skräddarsy för att uppnå önskade egenskaper och att integrera med andra föreningar. Förutom att manipulera tjockleken under syntesen kan vi också stapla 2D InAs med andra 2D-material för att bilda heteroövergångar för multifunktionsprestanda, vilket ger dem betydande fördelar i elektronik och solceller."

Det slutliga 2D InAs-materialet har formen av triangulära flingor, ungefär fem nanometer tjocka. Det är ungefär 0,0007 så stor som en enda röd blodkropp. Ju mindre materialet är, desto mindre enheter kommer det så småningom att bestå av, sa Zhou.

"Före detta arbete hade högkvalitativ 2D - vilket betyder mindre än 10 nanometer tjock - InAs inte rapporterats, än mindre en skalbar syntes av 2D InAs enkristaller med unika optiska och elektroniska egenskaper," sa Zhou. "Vårt arbete banar väg för miniatyrisering av InAs-baserade enheter och integrationer."

Därefter sa Zhou att teamet kommer att utforska nya 2D-halvledare för att växa med ett slutmål att uppnå skalbar syntes av högkvalitativa 2D-material över stora ytor för multifunktionella applikationer. + Utforska vidare

Studie av indiumarsenid banar väg för mindre, kraftfullare elektronik