Yazılar

Yeni Keşfedilen 2D Yarı İletken Ailesi Daha Fazla Enerji Verimli Elektronik Cihazlar Sağlıyor

SUTD araştırmacıları, yeni keşfedilen bir iki boyutlu (2D) yarı iletken ailesinin, yerleşik bir atomik koruma katmanının varlığı sayesinde nasıl daha enerji verimli olduğunu gösteriyor.

Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi’nden (SUTD) araştırmacılara göre, yakın zamanda keşfedilen bir iki boyutlu (2D) yarı iletken ailesi, yüksek performanslı ve enerji verimli elektroniklerin yolunu açabilir. npj 2D Materials and Applications dergisinde yayınlanan bulguları, ana akım elektronik ve optoelektronikte uygulanabilir yarı iletken cihazların üretilmesine yol açabilir ve hatta potansiyel olarak silikon bazlı cihaz teknolojisinin tamamen yerini alabilir.

Elektronik cihazları minyatürleştirme arayışında, iyi bilinen bir eğilim, bilgisayarların tümleşik devrelerindeki bileşenlerin sayısının her iki yılda bir nasıl ikiye katlandığını açıklayan Moore yasasıdır. Bu eğilim, bazıları o kadar küçük ki, milyonlarcası tırnak boyutunda bir çipe sığdırılabilen, giderek küçülen transistörler sayesinde mümkündür. Ancak bu eğilim devam ettikçe, mühendisler silikon bazlı cihaz teknolojisinin doğasında bulunan malzeme sınırlamalarıyla boğuşmaya başlıyor.

Çalışmayı yöneten SUTD Yardımcı Doçent Ang Yee Sin, “Kuantum tünelleme etkisi nedeniyle, silikon bazlı bir transistörün çok küçük küçültülmesi, son derece kontrol edilemez cihaz davranışlarına yol açacaktır” dedi. “İnsanlar artık ‘silikon çağının’ ötesinde yeni malzemeler arıyor ve 2D yarı iletkenler umut verici bir aday.”

2D yarı iletkenler, yalnızca birkaç atom kalınlığında olan malzemelerdir. Nano ölçekli boyutları nedeniyle, bu tür malzemeler, kompakt elektronik cihazlar geliştirme arayışında silikonun yerini alacak güçlü rakiplerdir. Bununla birlikte, şu anda mevcut olan birçok 2D yarı iletken, metallerle temas ettiklerinde yüksek elektrik direnciyle karşı karşıyadır.

Ang, “Metal ve yarı iletken arasında bir temas oluşturduğunuzda, genellikle Schottky bariyeri dediğimiz şey olacaktır” diye açıkladı. “Elektriği bu bariyerden geçmeye zorlamak için, elektriği boşa harcayan ve atık ısı üreten güçlü bir voltaj uygulamanız gerekiyor.”

Bu, ekibin Ohmik kontaklara veya Schottky bariyeri olmayan metal-yarı iletken kontaklara olan ilgisini artırdı. Nanjing Üniversitesi, Singapur Ulusal Üniversitesi ve Zhejiang Üniversitesi’nden Ang ve işbirlikçileri yaptıkları çalışmada, yakın zamanda keşfedilen bir 2D yarı iletken ailesinin, yani MoSi 2 N 4 ve WSi 2 N 4’ün , metaller titanyum, skandiyum ile Ohmik temaslar oluşturduğunu gösterdi. , ve yarı iletken cihaz endüstrisinde yaygın olarak kullanılan nikel.

Ayrıca araştırmacılar, yeni malzemelerin, diğer 2D yarı iletkenlerin uygulama potansiyelini ciddi şekilde sınırlayan bir sorun olan Fermi seviye pimlemeden (FLP) arınmış olduğunu da gösterdi.

Ang, “FLP, birçok metal-yarı iletken temasta meydana gelen ve temas arayüzündeki kusurlar ve karmaşık malzeme etkileşimlerinden kaynaklanan olumsuz bir etkidir” dedi. “Böyle bir etki, kontakta kullanılan metalden bağımsız olarak kontağın elektriksel özelliklerini dar bir aralığa ‘sabitler’.”

FLP nedeniyle, mühendisler metal ve yarı iletken arasındaki Schottky bariyerini ayarlayamıyor veya ayarlayamıyor; bu da bir yarı iletken cihazın tasarım esnekliğini azaltıyor.

FLP’yi en aza indirmek için mühendisler genellikle metali 2B yarı iletkenin üzerine çok nazikçe ve yavaşça yerleştirmek, metal ve yarı iletken arasında bir tampon tabaka oluşturmak veya 2B yarı iletkenle temas malzemesi olarak 2B metal kullanmak gibi stratejiler kullanırlar. Bu yöntemler uygulanabilir olmakla birlikte, henüz pratik değildir ve günümüzde mevcut olan ana endüstri tekniklerini kullanan toplu üretimle uyumlu değildir.

Şaşırtıcı bir şekilde, Ang’ın ekibi, MoSi 2 N 4 ve WSi 2 N 4’ün , alttaki yarı iletken katmanı temas arayüzündeki kusurlardan ve malzeme etkileşimlerinden koruyan inert bir Si-N dış katmanı nedeniyle FLP’den doğal olarak korunduğunu gösterdi.

Bu koruma nedeniyle, Schottky bariyeri ‘sabitlenmemiş’ ve çok çeşitli uygulama gereksinimlerine uyacak şekilde ayarlanabilir. Performanstaki bu gelişme, TSMC ve Samsung gibi büyük oyuncuların zaten 2D yarı iletken elektroniğine ilgi duymasıyla birlikte, silikon tabanlı teknolojinin yerine 2D yarı iletkenlerin çalıştırılmasına yardımcı oluyor.

Ang, çalışmalarının diğer araştırmacıları yeni keşfedilen 2D yarı iletken ailesinin daha fazla üyesini ilginç özellikler için, hatta elektronik ötesinde uygulamalara sahip olanlar için araştırmaya teşvik edeceğini umuyor.

“Bazıları elektronik uygulamalar açısından çok zayıf olabilir, ancak spintronik, fotokatalistler veya güneş pilleri için bir yapı taşı olarak çok iyi olabilir” dedi. “Bir sonraki zorluğumuz, tüm bu 2B malzemeleri sistematik olarak taramak ve bunları potansiyel uygulamalarına göre sınıflandırmak.”

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Başa dön tuşu