基於二維半導體可逆摻雜的可編程電子產品

2020-11-14 柔智燴

基於二維半導體可逆摻雜的可編程電子產品

近年來，研究人員一直在嘗試開發新型的高性能電子設備。隨著基於矽的器件正接近其最大性能，它們最近開始探索使用替代超導體製造電子器件的潛力。

二維（2-D）半導體，例如石墨烯或二硒化鎢（WSe 2），對於電子學的發展特別有希望。然而，不幸的是，由於這些材料的晶格內摻入雜質摻雜劑的空間有限（控制半導體材料的載流子類型和電子性能至關重要的過程），控制這些材料的電子性能可能非常具有挑戰性。

加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員最近設計了一種方法，可以開發由2D半導體製成的可編程設備。該方法發表在《自然電子》上的論文中，該方法利用碘化銀中的超離子相變，通過稱為可切換離子摻雜的過程，在由WSe 2製成的器件中調整載流子類型。

進行這項研究的研究人員之一段向峰告訴TechXplore："我們工作的主要目標是創建可在中等溫度下編程並且在室溫下穩定運行的可編程電子設備。" "我們的研究首次證明超離子材料可用於定製原子薄半導體的電荷載流子類型，並創建極性可切換的可編程電子組件，例如二極體和電晶體，它們可在室溫下穩定運行，並且可以通過某些方式擦除環境提示。"

研究人員開發的設備插圖。

在過去的幾年中，一些研究人員試圖使用離子液體作為靜電摻雜劑來對基於2D半導體的器件進行編程。但是，大多數最終的設備只能在有限的溫度範圍內運行，該溫度通常非常低。這樣做的主要原因是這些液體在室溫下傾向於具有高離子電導率，並且程序化的離子摻雜可以迅速放鬆。

為了克服先前開發的基於2D半導體的電子產品的局限性，研究人員向他們的設備中添加了固態超離子碘化銀。碘化物具有急劇的超離子相變，在狹窄的溫度窗口內具有非常大的離子電導率轉換。碘化銀的這些特性使Dua和他的同事可以在中等溫度下對設備進行編程，同時還可以使其在環境條件下穩定運行。

"我們的策略不僅解決了選擇性摻雜二維半導體方面的當前技術挑戰，而且還能夠創建一種新型的易用電子設備，其編程功能可以根據溫度和紫外線等環境提示按需刪除輻射。"段說。"我們認為這些品質對於將來的電子信息安全，隱私保護或防禦來說是理想的。"

將來，由這組研究人員設計的設計策略和固態離子摻雜方法可以為基於2-D半導體的可編程電子產品的開發鋪平道路，該電子產品可以在低溫和中溫條件下工作。同時，Duan和他的同事計劃進行進一步的研究，以探索他們開發其他類型設備的方法的潛力。

"在接下來的研究中，我們將利用原子薄半導體中電子傳輸與離子材料中離子傳輸之間有趣的相互作用，進一步探索未來電子學的這一新方向，" Duan說。"兩者的結合也可能導致獨特類型的神經形態裝置的發展。"

參考論文：Programmable devices based on reversible solid-state doping of two-dimensional semiconductors with superionic silver iodide, Nature Electronics(2020). DOI: 10.1038/s41928-020-00472-x

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