Un nuovo studio, affiliato con l'UNIST ha introdotto un nuovo metodo per la fabbricazione del semiconduttore di ossido più sottile al mondo, spesso solo un atomo. Questo potrebbe aprire nuove possibilità per il sottile, trasparente, e dispositivi elettronici flessibili, come sensori ultra-piccoli.

Questo nuovo semiconduttore di ossido ultrasottile è stato creato da un team di scienziati, guidato dal Professor Zonghoon Lee di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'UNIST. Nello studio, Il professor Lee è riuscito a dimostrare la formazione di un semiconduttore bidimensionale di ossido di zinco (ZnO) con uno spessore di un atomo.

Questo materiale è formato dalla crescita diretta di uno strato di ZnO dello spessore di un singolo atomo sul grafene, utilizzando la deposizione di strati atomici. È anche lo strato eteroepitassiale più sottile di ossido semiconduttore su grafene monostrato.

"Flessibile, i dispositivi ad alte prestazioni sono indispensabili per l'elettronica indossabile convenzionale, che hanno attirato l'attenzione di recente, " dice il professor Lee. "Con questo nuovo materiale, possiamo realizzare dispositivi flessibili veramente ad alte prestazioni."

La tecnologia dei semiconduttori si sposta continuamente verso dimensioni delle caratteristiche più piccole e una maggiore efficienza operativa e anche i semiconduttori al silicio esistenti sembrano seguire questa tendenza. Però, man mano che il processo di fabbricazione diventa più fine, le prestazioni diventano un problema molto critico e c'è stata molta ricerca sui semiconduttori di prossima generazione, che può sostituire il silicio.

Il grafene ha proprietà di conduttività superiori, ma non può essere utilizzato direttamente come alternativa al silicio nell'elettronica dei semiconduttori perché non ha band gap. Un bandgap dà a un materiale la capacità di avviare e fermare il flusso di elettroni che trasportano elettricità. Nel grafene, però, gli elettroni si muovono casualmente a velocità costante, indipendentemente dalla loro energia e non possono essere fermati.

Per risolvere questo, il team di ricerca ha deciso di dimostrare la crescita atomo per atomo di zinco e ossigeno sul bordo preferenziale a zigzag di un monostrato di ZnO sul grafene attraverso l'osservazione in situ. Quindi, determinano sperimentalmente che il monostrato di ZnO più sottile ha un'ampia banda proibita (fino a 4.0 eV), a causa del confinamento quantistico e della struttura "iper-nido d'ape" simile al grafene, ed elevata trasparenza ottica.

I semiconduttori di ossido attualmente esistenti hanno una banda proibita relativamente ampia nell'intervallo 2,9-3,5 eV. Maggiore è l'energia del gap di banda, minore è la corrente di dispersione e il rumore in eccesso.

"Questa è la prima volta che si osserva effettivamente la formazione in situ della struttura esagonale di ZnO, " dice Hyo-Ki Hong di Scienza e Ingegneria dei Materiali, primo autore del saggio. "Attraverso questo processo, potremmo comprendere il processo e il principio della produzione di semiconduttori ZnO 2D."

"Lo stack eteroepitassiale dei più sottili semiconduttori di ossido 2D su grafene ha il potenziale per future applicazioni di dispositivi optoelettronici associate a elevata trasparenza ottica e flessibilità, " afferma il professor Lee. "Questo studio può portare a una nuova classe di eterostrutture 2D che include ossidi semiconduttori formati da una crescita epitassiale altamente controllata attraverso un percorso di deposizione".