根據(jù)一項(xiàng)開發(fā)出一種新的、理想化的二維半導(dǎo)體材料制造方法的國際合作，第三維可能會(huì)阻止電子產(chǎn)品變得更薄、更小和更靈活。他們于6月3日在NanoResearch上發(fā)表了他們的方法。

由中國上海交通大學(xué)化學(xué)副教授LinZhou領(lǐng)導(dǎo)的研究人員專注于砷化銦(InAs)，這是一種窄帶隙半導(dǎo)體，具有可用于高速電子和高靈敏度紅外光電探測器的特性。與大多數(shù)現(xiàn)有的具有層狀結(jié)構(gòu)的2D材料不同，問題在于InAs通常具有3D晶格結(jié)構(gòu)，這使得轉(zhuǎn)化為用于先進(jìn)電子和光電應(yīng)用的超薄2D薄膜具有挑戰(zhàn)性。

“大型超薄2D非層狀材料的增長一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但值得解決。感謝它的高遷移率和可調(diào)帶隙，二維InAs可能成為下一代高性能納米電子學(xué)的關(guān)鍵材料，納米光子學(xué)和量子器件，”周說。“它具有兩種InAs的優(yōu)點(diǎn)，例如高載流子遷移率、小而直接的帶隙尺寸，以及具有適用于小尺寸器件的超薄性質(zhì)的2D材料具有柔韌性和透明性。”這項(xiàng)工作還為通過結(jié)合非層狀結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)一步擴(kuò)展二維半導(dǎo)體提供了一種有前途的方法。

研究人員在外延生長中利用了被稱為范德華力的弱原子吸引力。這種力描述了中性分子如何相互連接，而外延則涉及將一種材料覆蓋到晶體狀基板上。研究人員使用自然分層的原子級扁平云母作為基材，生長出一層薄薄的InAs。云母基板中的分子和InAs中的分子相互吸引到足以連接，防止InAs長成3D晶格。此外，范德華生長確保了生長的2DInAs中無應(yīng)變且沒有錯(cuò)配位錯(cuò)。InAs可以非常薄并具有所需的特性。

Zhou還指出，InAs和基板不會(huì)共價(jià)鍵合，因此可以將它們分離并重新使用基板，從而使合成過程更具成本效益。

“我們還發(fā)現(xiàn)，由于量子限制效應(yīng)，我們可以通過改變材料的厚度來調(diào)整二維InAs的特性，”周說。“2DInAs易于定制以實(shí)現(xiàn)所需的性能并與其他化合物集成。除了在合成過程中控制厚度外，我們還可以將2DInAs與其他2D材料堆疊以形成具有多功能性能的異質(zhì)結(jié)，從而在電子和光伏。”

最終的2DInAs材料采用三角形薄片的形式，大約5納米厚。這大約是單個(gè)紅細(xì)胞大小的0.0007。周說，材料越小，最終組成的設(shè)備就越小。

“在這項(xiàng)工作之前，尚未報(bào)道高質(zhì)量的2D(即厚度小于10納米)InAs，更不用說具有獨(dú)特光學(xué)和電子特性的2DInAs單晶的可擴(kuò)展合成了，”Zhou說。“我們的工作為基于InAs的設(shè)備和集成的小型化鋪平了道路。”

接下來，周表示，該團(tuán)隊(duì)將探索新的二維半導(dǎo)體，最終目標(biāo)是在大面積上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量二維材料的可擴(kuò)展合成，用于多功能應(yīng)用。