Optoelektronik detekterar eller avger ljus och används i en mängd olika enheter inom många olika branscher. Dessa enheter har historiskt sett förlitat sig på tunna transistorer, som är små halvledare som styr rörelsen av elektroner och fotoner gjorda av grafen och andra tvådimensionella material. Men grafen och dessa andra material har ofta problem med bandgapöppning och andra brister som gör att forskare letar efter ett alternativ.
Vid behandling med en metod som kallas Lewis-syrabehandling är palladiumdiselenid en möjlig lösning för att tillfredsställa behoven hos optoelektroniska enheter.
Forskning som analyserar denna metod publicerades i en artikel i Nano Research .
Prof. Dr. Mark H. Rümmeli, ERA Chairs professor vid Tekniska universitetet i Ostrava (VSB-TUO), sa:"Palladiumdiselenid uppvisar unika fysikaliska egenskaper, inklusive ett avstämbart bandgap och imponerande enhetsprestanda. Det visar särskilt lång- långvarig stabilitet i omgivande luft utan behov av ytterligare förpackning."
Inspirerade av halvledarfysik övervägde forskarna hur dopning kan förändra palladiumdiselenid för att förbättra dess prestanda. Dopning är det avsiktliga införandet av föroreningar i ett material, vilket resulterar i tre typer av material:orörda, p-dopade och n-dopade. När ett dopat material av p-typ och ett dopat material av n-typ berörs skapar de en p-n-övergång. Denna korsning är viktig för optoelektroniska enheter eftersom det är där ljus-till-elektron och elektron-till-ljus-omvandling sker.
För att skapa p-typ-dopad och n-typ-dopad palladiumdiselenid på ett kontrollerat sätt, använde forskare Lewis-syrabehandlingen. "Den kontrollerade nivån av dopning kan göra att palladiumdiselenid har ett annat energibandgap, vilket berikar en verktygslåda eller ett bibliotek av material för val och design av p-n-övergången", säger Dr Hong Liu, professor vid State Key Laboratory of Crystal Material vid Shandong University i Jinan Kina.
"Lewissyrabehandlingen kan introducera substitution av palladiumatomerna (genom tenn från tennklorid, en typ av Lewissyra) i palladiumdiseleniden. Vi hittade en datapassande ekvation mellan dopningsnivån kontra koncentrationen av Lewissyra, vilket kan inspirera människor att manipulera mer p-typ dopade tvådimensionella material."
För att testa denna metod förberedde forskarna en orörd film av palladiumdiselenid. Filmen modifierades sedan med användning av Lewis-syrabehandlingen. Efter den initiala Lewis-syrabehandlingen var gallerstrukturen för palladiumdiselenidfilmen oförändrad, men framträdande toppar av tenn, palladium och selen bekräftades med hjälp av bildbehandling.
Dessa toppar visade att tenn kunde användas som dopningsmedel av p-typ. Ytterligare tester av olika koncentrationer av tennklorid visade hur tröskelspänningen för palladiumdiseleniden kunde kontrolleras beroende på koncentrationen av tennkloriden. Dessa riktlinjer kan tillämpas för framtida dopning av palladiumdiselenid med Lewis-syror. Det kan också ge en ritning för hur man gör liknande tester på andra halvledarmaterial.
Framöver kommer forskare att planera hur bearbetningen av dessa tvådimensionella material ska skalas. "Vi kommer att demonstrera de spännande tillämpningarna av dopad palladiumdiselenid av p-typ i flera elektroniska komponenter, såsom fälteffekttransistorer, fotodetektorer och ljussändare. Vi planerar att försöka optimera halvledardopningsmetoden, som lätt kan användas av industriella standarder och skulle kunna användas inom halvledarindustrin för massproduktion inom en snar framtid."
"Vårt slutmål är att tillämpa den här tekniken i bärbar och flexibel elektronik genom att integrera palladiumdiselenidbaserade transistorer och fotodetektorer med polymerbaserade töjningssensorer i flexibla substrat, vilket resulterar i ett smart biomedicinskt system för övervakning av människors hälsovårdsapplikationer," sa Dr. Jinbo Pang, professor i kemi och materialvetenskap vid University of Jinan i Jinan, Kina.
Mer information: Jiali Yang et al, Modulating p-type doping av tvådimensionellt material palladiumdiselenide, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-6196-7
Journalinformation: Nanoforskning
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
