剥离表面将晶体管驱动到壁架
在KAUST发现单晶TMD纳米带的外延生长过程之后,半导体制造商越来越关注二维材料,例如过渡金属二卤化物(TMD)。晶体管设计的一种新兴趋势涉及节省空间的体系结构,该体系结构将组件彼此堆叠。TMD对于这些系统具有潜力,因为它们易于形成具有电,光和磁活性的称为纳米带的薄片。但是,典型的半导体工艺(例如光刻)需要复杂的过程才能生产出具有足够质量的TMD用于器件。
与美国,比利时和台湾的研究人员合作,KAUST的Vincent Tung及其同事正在开发使用表面模板指导单晶生长的TMD制造的替代方法。
研究人员Areej Aljarb在用高分辨率电子显微镜分析候选人时,发现了一种名为三氧化镓(Ga 2 O 3)的半导体的不寻常之处。在用胶带剥离了片状材料层之后,她看到了一系列狭窄的,梯状的壁架,这些壁架在整个Ga 2 O 3表面上上下移动。
“台阶非常陡峭且暴露良好,” Aljarb说。“而且由于位于这些壁架附近的原子具有不对称结构,因此它们可以沿特定方向推动生长。”
KAUST的研究人员正在开发使用表面模板指导单晶生长的TMD制造的替代方法。信贷:2020 KAUST
当研究小组将Ga 2 O 3表面暴露于钼和硫的混合气体中时,他们观察到TMD纳米带沿着壁架纵向结晶,其结构几乎没有缺陷。显微镜实验和理论模型表明,壁架原子具有独特的高能特征,能够使成核排列形成单晶纳米带。董说:“几十年来,科学家一直试图在绝缘体上生长二维单晶半导体,这项工作表明,控制衬底的壁架是关键。”
有趣的是,纳米带可以被拉出并转移到其他基材上而不会损坏它们。为了探索壁架定向生长技术的潜在应用,该国际小组联合起来设计了一种晶体管,该晶体管能够从Ga 2 O 3模板中掺入纳米带。电子测量表明,新晶体管可以高速运行,并且具有与通过更多劳动密集型技术生产的TMD材料相似的放大系数。
Aljarb指出:“利用弱的物理相互作用,纳米带沿着壁架生长,从而保持原位,这意味着TMD与下面的Ga 2 O 3衬底之间不会形成化学键。” “这一独特的功能使我们能够将纳米带转移到异质基材上,用于许多应用,包括晶体管,传感器,人造肌肉和原子薄的光伏材料。”
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