研究人員發現了一種新穎的方法來「蝕刻」二維半導體二極體的關鍵...

2020-11-27 騰訊網

掃描探針的頂點被流動的電流（I）加熱，在2D半導體MoS2上「刻蝕」，從而實現了0.65 nm厚的原子層上最先進的pn納米結。

新型的新型材料被稱為二維（2-D）半導體，其厚度僅為一個原子，從而產生了引人入勝的機遇。二維材料有望在電子和光電子行業以及物聯網設備中擁有光明的未來。任何手機，計算機，電子設備，甚至是太陽能電池，都由相同的基本電子構建塊即二極體組成。不幸的是，二維材料在工業中的廣泛應用的主要障礙是二極體核心元件（即「 pn結」）的可擴展性和魯棒性納米加工的未解決挑戰。

紐約大學坦頓工程學院教授Elisa Riedo領導了一個國際研究人員團隊，他們展示了一種基於熱掃描探針光刻（t-SPL）的新穎方法來製造最先進的「 pn結」在二硫化鉬（MoS 2）的單原子層上有過渡金屬二滷化物。這項工作「在MoS 2中用於雙極電導率的空間缺陷納米工程」發表在《自然通訊》上。

為了產生「 pn結」，有必要對半導體進行摻雜，使其一部分為n摻雜（摻雜有過量的電子），而另一部分為p摻雜（摻雜有過量的正電子）。帶電的「孔」）。紐約大學丹登分校電氣和計算機工程教授Riedo和Davood Shahrjerdy指出，通過將t-SPL與缺陷結合起來，納米工程技術有可能獲得MoS 2的納米級雙極性摻雜，既產生n型導電又產生p型導電，可以很容易地擴展到其他2-D半導體。

作為研究的一部分，該團隊將t-SPL（使用加熱到200攝氏度以上的探針）與流通式反應氣池集成在一起，以實現獨特的納米級控制單層MoS 2中缺陷的局部熱活化。根據局部加熱過程中使用的氣體，有缺陷的圖形可能會根據需要產生p型或n型電導率。通過X射線光電子能譜，透射電子顯微鏡和密度泛函理論在分子水平上闡明了摻雜和缺陷形成機理。

國際團隊的研究人員包括紐約城市大學（CUNY），米蘭理工大學，伊利諾伊大學厄巴納香檳分校，賓夕法尼亞大學和義大利國家研究委員會（CNR）。

「在我們先前的研究中，我們證明了t-SPL優於電子束光刻和其他在MoS 2上製造金屬電極的標準方法，這一進展還可以降低製造成本，因為t-SPL不需要標記或真空。」裡多

憑藉在2-D半導體雙極摻雜方面的連續成功，t-SPL現在能夠提供摻雜劑圖案化和晶片製造，這將迅速推動材料科學和晶片設計。「非常高興看到t-SPL正在如何採用2-D材料製造功能電晶體器件，包括控制摻雜水平」，IBM蘇黎世的Armin Knoll表示，他是Riedo的先驅之一t-SPL。

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