Monetoniniai puslaidininkiai "vienodi pora" suderinami su anksto optoelektronika

Anonim

Epitaksija arba kristalinio pagrindo formos kristalinės plėvelės sluoksniai yra pagrindinė gamybos tranzistorių ir puslaidininkių dalis. Jei medžiaga vienoje išdėstytame sluoksnyje yra tokia pati kaip medžiaga kitame sluoksnyje, ji gali būti energingai palanki, kad tarp labai užsakytų, puikiai suderintų sluoksnių sudarytų stiprias obligacijas. Priešingai, bandant sluoksnis skirtingų medžiagų yra puikus iššūkis, jei kristalų tinkleliai nesuderinami lengvai. Tada silpnos van der Waalso jėgos sukuria patrauklumą, bet nesudaro tvirtų ryšių tarp skirtingų sluoksnių.

Tyrime, kurį vedė Energetikos Oak Ridge nacionalinės laboratorijos departamentas, mokslininkai sintezė atomatiškai plonų dviejų sluoksniu nesuderintų puslaidininkių monolitų kamštį. Pirmasis, galio selenidas, yra "p-tipo" puslaidininkis, turintis daugybę įkrovimų laikiklių, vadinamų "skylėmis". Kitas molibdeno diselenidas yra "n tipo" puslaidininkis, turintis daug elektroninių krūvininkų. Kai susitiko du puslaidininkio sluoksniai, jie sudarė atomiškai ryškią heterostrukciją, pavadintą pn jungtimi, kuri generavo fotovoltinį atsaką, atskiriant elektronų skylių poras, kurios susidaro šviesoje. " Science Advances" paskelbtame šio atomizuoto plono saulės elemento kūrimo pasiekimai rodo pažadą sintezuoti nesuderintus sluoksnius, leidžiant naujas funkcinių dvimačių (2D) medžiagų šeimas.

Idėja sudėti skirtingas medžiagas vienas ant kito nėra savarankiška. Tiesą sakant, tai yra daugelio šiandien naudojamų elektroninių prietaisų pagrindas. Tačiau tokia kaupimas paprastai būna tik tada, kai atskiros medžiagos turi labai panašius kristalų groteles, ty turi gerą "grotelių atitikmenį". Būtent čia šis tyrimas atskleidžia naują vietą, nes auga aukštos kokybės labai skirtingų 2D medžiagų sluoksniai, išplečiama medžiagų, kurios gali būti derinamos, skaičių ir taip sukuriamas platesnis potencialių atomų plona elektroninių prietaisų asortimentas.

"Kadangi du sluoksniai turėjo tokį didelį grotelių neatitikimą tarp jų, labai netikėta, kad jie greičiausiai augs vienas kitam", - sakė ORNL Xufan Li, tyrimo pagrindinis autorius. "Bet jis dirbo".

Grupė pirmoji įrodė, kad dviejų skirtingų tipų metalinių halkoenidų-dvejetainių sieros, seleno ar telūro junginių, turinčių daugiau elektroposistiško elemento arba radikalų, turinčių tokias skirtingas grotelių konstantas, monosluoksnės gali būti išaugintos kartu, kad būtų sudarytas puikiai suderintas dūmtraukis. "Tai naujas, potencialus energijos vartojimo efektyvios optoelektronikos blokas", - sakė Li.

Apibūdinant jų naująjį dvisluoksnį statybinį bloką, mokslininkai nustatė, kad du nesuderinti sluoksniai savarankiškai surinko į kartotinį tolimųjų atominių tvarką, kurį galima tiesiogiai matyti pagal Moiré modelius, kuriuos jie parodė elektronų mikroskopu. "Mes buvome nustebinti, kad šie modeliai puikiai derinami", - sakė Li.

"ORNL" funkcinės hibridinės nanomedžiagų grupės, kuriai vadovavo David Geohegan, mokslininkai atliko tyrimą su partneriais Vanderbilt universitete, Jutos universitete ir Pekino skaičiuotinio mokslo tyrimų centre.

"Šios naujos 2D nesuderintos sluoksniuotos heterostruktūros atveria duris į naujus optoelektronikos įrenginių blokus", - sakė vyresnysis autorius KA Xiao iš ORNL. "Jos gali leisti mums studijuoti naujas fizikos savybes, kurios negali būti aptiktos su kitomis 2D heterostruktūromis su suderintais groteliais. Jie suteikia potencialą įvairiems fiziniams reiškiniams, pradedant nuo tarpfazinio magnetizmo, superlaidumo ir Hofstadterio drugelio poveikio".

Li pirmą kartą išaugo molibdeno diselenido monoliu ir tada viršuje išaugo galio selenido sluoksnis. Ši technika, vadinama "Van der Waalso epitaksija", pavadinta dėl silpnų patrauklių jėgų, kurios kartu turi skirtingus sluoksnius. "Su van der Waalso epitaksija, nepaisant didžiųjų tinklelių neatitikimų, vis tiek galite išauginti kitą sluoksnį pirmajame", - sakė Li. Naudodama nuskaitymo transmisijos elektroninę mikroskopiją komanda apibūdino medžiagų atominę struktūrą ir atskleidė Moiré modelių formavimąsi.

Mokslininkai planuoja atlikti būsimus tyrimus, siekiant išsiaiškinti, kaip medžiaga derina augimo procesą ir kaip medžiagos sudėtis veikia savybes, kurios nepriklauso nuo fotovoltinės reakcijos. Moksliniai tyrimai siekia įdiegti 2D medžiagas į prietaisus.

Daugelį metų plačiai buvo tiriami įvairūs junginiai su panašiais tinklelių dydžiais. Į junginius buvo įtraukti įvairūs elementai, gaminantys platų fizikinių savybių, susijusių su superlaidumu, magnetizmu ir termoelektriku, spektrą. Tačiau dvipusio jungimo sluoksniai, turintys skirtingą grotelių ląstelių dydį, yra iš esmės neištirtos teritorijos.

"Mes atidarėme duris, ieškodama visų rūšių netinkamų heterostruktūrų", - sakė Li.

Straipsnio pavadinimas yra "dvimatės GaSe / MoSe2 netinkamos dvigulės heterojukai pagal van der Waalso epitaksiją".

menu
menu