2n4 tek tabaka. MoSi’ye elektrot malzemesi olarak altın kullanıldığında bir Schottky kontağı oluşur2n4. Öte yandan, titanyum elektrot kullanılarak enerji açısından verimli bir Ohmik kontak elde edilebilir. (Sağ Panel) MoSi’nin ‘eğim parametreleri’ S2n4 ve WSi2n4 Bu çalışmada incelenen metal temaslar, diğer 2D yarı iletken türleri ile karşılaştırıldığında en düşükler arasındadır ve MoSi’nin güçlü potansiyelini ortaya koymaktadır.2n4 ve WSi2n4 elektronik cihaz uygulamaları için. Kredi: SUTD” width=”800″ height=”344″/> (Sol Panel) MoSi2N4 tek tabakasına metal temasların gösterimi. Altın, MoSi2N4’e elektrot malzemesi olarak kullanıldığında bir Schottky kontağı oluşur. Öte yandan, bir Schottky kontağı oluşur. enerji tasarruflu Ohmik kontak titanyum elektrot kullanılarak elde edilebilir.(Sağ Panel) Bu çalışmada incelenen MoSi2N4 ve WSi2N4 metal kontaklarının ‘eğim parametreleri’ S, diğer 2D yarı iletken türleri ile karşılaştırıldığında en düşük değerler arasındadır ve güçlü potansiyeli düşündürür. elektronik cihaz uygulamaları için MoSi2N4 ve WSi2N4.Kredi: SUTD
Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi’nden (SUTD) araştırmacılara göre, yakın zamanda keşfedilen bir iki boyutlu (2D) yarı iletken ailesi, yüksek performanslı ve enerji verimli elektroniklerin yolunu açabilir. npj 2D Materials and Applications’ta yayınlanan bulguları, ana akım elektronik ve optoelektronikte uygulanabilir yarı iletken cihazların üretilmesine yol açabilir ve hatta potansiyel olarak silikon tabanlı cihaz teknolojisinin tamamen yerini alabilir.
Elektronik cihazları minyatürleştirme arayışında, iyi bilinen bir eğilim, bilgisayarların tümleşik devrelerindeki bileşenlerin sayısının her iki yılda bir nasıl ikiye katlandığını açıklayan Moore yasasıdır. Bu eğilim, bazıları o kadar küçük ki, milyonlarcası tırnak boyutundaki bir çipe sığdırılabilen, giderek küçülen transistörler sayesinde mümkündür. Ancak bu eğilim devam ettikçe, mühendisler silikon bazlı cihaz teknolojisinin doğasında bulunan malzeme sınırlamalarıyla boğuşmaya başlıyor.
Çalışmayı yöneten SUTD Yardımcı Doçent Ang Yee Sin, “Kuantum tünelleme etkisi nedeniyle, silikon bazlı bir transistörü çok küçük küçültmek, son derece kontrol edilemez cihaz davranışlarına yol açacaktır” dedi. “İnsanlar artık ‘silikon çağının’ ötesinde yeni malzemeler arıyor ve 2D yarı iletkenler umut verici bir aday.”
2D yarı iletkenler, yalnızca birkaç atom kalınlığında olan malzemelerdir. Nano ölçekli boyutları nedeniyle, bu tür malzemeler, kompakt elektronik cihazlar geliştirme arayışında silikonun yerini alacak güçlü yarışmacılardır. Bununla birlikte, şu anda mevcut olan birçok 2D yarı iletken, metallerle temas ettiğinde yüksek elektriksel dirençle karşı karşıyadır.
Ang, “Metal ve yarı iletken arasında bir temas oluşturduğunuzda, genellikle Schottky bariyeri dediğimiz şey olacaktır” diye açıkladı. “Elektriği bu bariyerden geçmeye zorlamak için, elektriği boşa harcayan ve atık ısı üreten güçlü bir voltaj uygulamanız gerekiyor.”
Bu, ekibin Ohmik kontaklara veya Schottky bariyeri olmayan metal-yarı iletken kontaklara olan ilgisini artırdı. Nanjing Üniversitesi, Singapur Ulusal Üniversitesi ve Zhejiang Üniversitesi’nden Ang ve işbirlikçileri yaptıkları çalışmada, yakın zamanda keşfedilen bir 2D yarı iletken ailesinin, yani MoSi2N4 ve WSi2N4’ün, yaygın olarak kullanılan titanyum, skandiyum ve nikel metalleriyle Ohmik temaslar oluşturduğunu gösterdi. yarı iletken cihaz endüstrisinde.
Ayrıca araştırmacılar, yeni malzemelerin, diğer 2D yarı iletkenlerin uygulama potansiyelini ciddi şekilde sınırlayan bir sorun olan Fermi seviye sabitleme (FLP) içermediğini de gösterdi.
Ang, “FLP, birçok metal-yarı iletken temasta meydana gelen ve temas arayüzündeki kusurlar ve karmaşık malzeme etkileşimlerinden kaynaklanan olumsuz bir etkidir.” Dedi. “Böyle bir etki, kontakta kullanılan metalden bağımsız olarak kontağın elektriksel özelliklerini dar bir aralığa ‘sabitler’.”
FLP nedeniyle, mühendisler metal ve yarı iletken arasındaki Schottky bariyerini ayarlayamıyor veya ayarlayamıyor; bu da bir yarı iletken cihazın tasarım esnekliğini azaltıyor.
FLP’yi en aza indirmek için mühendisler genellikle metali 2B yarı iletkenin üzerine çok nazikçe ve yavaşça yerleştirmek, metal ve yarı iletken arasında bir tampon tabaka oluşturmak veya 2B yarı iletken ile temas malzemesi olarak 2B metal kullanmak gibi stratejiler kullanırlar. Bu yöntemler uygulanabilir olmakla birlikte, henüz pratik değildir ve günümüzde mevcut olan ana endüstri tekniklerini kullanan toplu üretimle uyumlu değildir.
Şaşırtıcı bir şekilde, Ang’ın ekibi, MoSi2N4 ve WSi2N4’ün, alttaki yarı iletken katmanı temas arayüzündeki kusurlardan ve malzeme etkileşimlerinden koruyan inert bir Si-N dış katmanı nedeniyle FLP’den doğal olarak korunduğunu gösterdi.
Bu koruma nedeniyle, Schottky bariyeri ‘sabitlenmemiş’ ve çok çeşitli uygulama gereksinimlerine uyacak şekilde ayarlanabilir. Performanstaki bu gelişme, TSMC ve Samsung gibi büyük oyuncuların zaten 2D yarı iletken elektroniğine ilgi duymasıyla birlikte, silikon tabanlı teknolojinin yerine 2D yarı iletkenlerin çalıştırılmasına yardımcı oluyor.
Ang, çalışmalarının diğer araştırmacıları yeni keşfedilen 2D yarı iletken ailesinin daha fazla üyesini, elektronik dışındaki uygulamalarda bile ilginç özellikler için araştırmaya teşvik edeceğini umuyor.
“Bazıları elektronik uygulamalar açısından çok zayıf olabilir, ancak spintronik, fotokatalistler veya güneş pilleri için bir yapı taşı olarak çok iyi olabilir” dedi. “Bir sonraki zorluğumuz, tüm bu 2B malzemeleri sistematik olarak taramak ve bunları potansiyel uygulamalarına göre sınıflandırmak.”
Topolojik yarı metal kullanarak 2 boyutlu malzeme elektroniğinin enerji verimliliğini artırma Daha fazla bilgi: Qianqian Wang ve diğerleri, MoSi2N4 ve WSi2N4 tek katmanlarında Verimli Ohmik kontaklar ve yerleşik atomik alt katman koruması, npj 2D Malzemeler ve Uygulamalar (2021). DOI: 10.1038/s41699-021-00251-y Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi tarafından sağlanmıştır
Alıntı: Daha fazla enerji verimli 2D yarı iletken cihazlara doğru (2021, 15 Eylül), 15 Eylül 2021’de https://techxplore.com/news/2021-09-energy-protection-2d-semiconductor-devices.html adresinden alınmıştır.
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.