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Tipp Der Redaktion - 2019

Ingenieure Oxidhalbleiter nur einzelne Atom dick

Anonim

Eine neue Studie, die an UNIST angeschlossen ist, hat eine neuartige Methode zur Herstellung des dünnsten Oxidhalbleiters der Welt eingeführt, die nur ein Atom dick ist. Dies kann neue Möglichkeiten für dünne, transparente und flexible elektronische Geräte wie ultrakleine Sensoren eröffnen.

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Diese neuen ultradünnen Oxidhalbleiter wurden von einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Zonghoon Lee, Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften bei UNIST, entwickelt. In der Studie konnte Professor Lee die Bildung von zweidimensionalem Zinkoxid (ZnO) -Halbleiter mit einer Atomdicke nachweisen.

Dieses Material wird durch direktes Züchten einer einzelnen Atom-dicken ZnO-Schicht auf Graphen unter Verwendung von Atomlagenabscheidung gebildet. Es ist auch die dünnste heteroepitaxiale Schicht aus halbleitendem Oxid auf Monoschicht-Graphen.

"Flexible, leistungsstarke Geräte sind unverzichtbar für herkömmliche tragbare Elektronik, die in letzter Zeit Aufmerksamkeit erregt hat", sagt Professor Lee. "Mit diesem neuen Material können wir wirklich leistungsstarke flexible Geräte erreichen."

Die Halbleitertechnologie bewegt sich kontinuierlich in Richtung kleinerer Strukturgrößen und höherer Betriebseffizienz, und die bestehenden Siliziumhalbleiter scheinen diesem Trend ebenfalls zu folgen. Während der Herstellungsprozess jedoch feiner wird, wird die Leistung zu einem sehr kritischen Thema, und es wurde viel über Halbleiter der nächsten Generation geforscht, die Silizium ersetzen können.

Graphen hat hervorragende Leitfähigkeitseigenschaften, aber es kann nicht direkt als Alternative zu Silizium in der Halbleiterelektronik verwendet werden, da es keine Bandlücke aufweist. Eine Bandlücke gibt einem Material die Fähigkeit, den Fluss von Elektronen, die Elektrizität führen, zu starten und zu stoppen. In Graphen jedoch bewegen sich Elektronen zufällig mit konstanter Geschwindigkeit, unabhängig von ihrer Energie, und sie können nicht gestoppt werden.

Um dieses Problem zu lösen, entschied das Forscherteam, ein Atom-für-Atom-Wachstum von Zink und Sauerstoff an der bevorzugten Zickzackkante einer ZnO-Monoschicht auf Graphen durch In-situ-Beobachtung nachzuweisen. Dann bestimmen sie experimentell, dass die dünnste ZnO-Monoschicht eine große Bandlücke (bis zu 4.0 eV) aufgrund der Quanteneingrenzung und Graphen-artigen "Hyper-Wabenstruktur" und eine hohe optische Transparenz aufweist.

Die derzeit existierenden Oxidhalbleiter weisen eine relativ große Bandlücke im Bereich von 2, 9-3, 5 eV auf. Je größer die Energie der Bandlücke ist, desto geringer ist der Leckstrom und das übermäßige Rauschen.

"Dies ist das erste Mal, dass wir tatsächlich die In-situ-Bildung der hexagonalen Struktur von ZnO beobachten können", sagt Hyo-Ki Hong von der ersten wissenschaftlichen Autorin der Studie, Material Science and Engineering. "Durch diesen Prozess konnten wir den Prozess und das Prinzip des 2D-ZnO-Halbleiterprodukts verstehen."

"Der heteroepitaktische Stapel der dünnsten 2D-Oxidhalbleiter auf Graphen hat Potenzial für zukünftige optoelektronische Anwendungen, die mit hoher optischer Transparenz und Flexibilität einhergehen", sagt Professor Lee. "Diese Studie kann zu einer neuen Klasse von 2D-Heterostrukturen führen, einschließlich halbleitender Oxide, die durch hochgradig kontrolliertes epitaktisches Wachstum über einen Ablagerungsweg gebildet werden."

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Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von Ulsan Nationales Institut für Wissenschaft und Technologie (UNIST) . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. Hyo-Ki Hong, Junhyeon Jo, Daeyeon Hwang, Jongyeong Lee, Na Yeon Kim, Seungwoo Sohn, Jung Hwa Kim, Mi-Jin Jin, Junge Chul Jun, Rolf Erni, Sang Kyu Kwak, Jung-Woo Yoo, Zonghoon Lee. Atomskala-Studie über Wachstum und Heteroepitaxie der ZnO-Monoschicht auf Graphen . Nano Buchstaben, 2017; 17 (1): 120 DOI: 10.1021 / ac.nanolett.6b03621