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晶体薄片的可控合成为先进的未来电子产品铺平了道路

导读 根据一项开发出一种新的、理想化的二维半导体材料制造方法的国际合作,第三维可能会阻止电子产品变得更薄、更小和更灵活。他们于6月3日在Na...

根据一项开发出一种新的、理想化的二维半导体材料制造方法的国际合作,第三维可能会阻止电子产品变得更薄、更小和更灵活。他们于6月3日在NanoResearch上发表了他们的方法。

由中国上海交通大学化学副教授LinZhou领导的研究人员专注于砷化铟(InAs),这是一种窄带隙半导体,具有可用于高速电子和高灵敏度红外光电探测器的特性。与大多数现有的具有层状结构的2D材料不同,问题在于InAs通常具有3D晶格结构,这使得转化为用于先进电子和光电应用的超薄2D薄膜具有挑战性。

“大型超薄2D非层状材料的增长一直是一个巨大的挑战,但值得解决。感谢它的高迁移率和可调带隙,二维InAs可能成为下一代高性能纳米电子学的关键材料,纳米光子学和量子器件,”周说。“它具有两种InAs的优点,例如高载流子迁移率、小而直接的带隙尺寸,以及具有适用于小尺寸器件的超薄性质的2D材料具有柔韧性和透明性。”这项工作还为通过结合非层状结构的材料进一步扩展二维半导体提供了一种有前途的方法。

研究人员在外延生长中利用了被称为范德华力的弱原子吸引力。这种力描述了中性分子如何相互连接,而外延则涉及将一种材料覆盖到晶体状基板上。研究人员使用自然分层的原子级扁平云母作为基材,生长出一层薄薄的InAs。云母基板中的分子和InAs中的分子相互吸引到足以连接,防止InAs长成3D晶格。此外,范德华生长确保了生长的2DInAs中无应变且没有错配位错。InAs可以非常薄并具有所需的特性。

Zhou还指出,InAs和基板不会共价键合,因此可以将它们分离并重新使用基板,从而使合成过程更具成本效益。

“我们还发现,由于量子限制效应,我们可以通过改变材料的厚度来调整二维InAs的特性,”周说。“2DInAs易于定制以实现所需的性能并与其他化合物集成。除了在合成过程中控制厚度外,我们还可以将2DInAs与其他2D材料堆叠以形成具有多功能性能的异质结,从而在电子和光伏。”

最终的2DInAs材料采用三角形薄片的形式,大约5纳米厚。这大约是单个红细胞大小的0.0007。周说,材料越小,最终组成的设备就越小。

“在这项工作之前,尚未报道高质量的2D(即厚度小于10纳米)InAs,更不用说具有独特光学和电子特性的2DInAs单晶的可扩展合成了,”Zhou说。“我们的工作为基于InAs的设备和集成的小型化铺平了道路。”

接下来,周表示,该团队将探索新的二维半导体,最终目标是在大面积上实现高质量二维材料的可扩展合成,用于多功能应用。