I semiconduttori 2-D atomicamente sottili hanno attirato l'attenzione per le loro proprietà fisiche superiori rispetto ai semiconduttori di silicio; tuttavia, non sono i materiali più attraenti a causa della loro instabilità strutturale e del costoso processo di produzione. Per far luce su questi limiti, un team di ricerca KAIST ha sospeso un semiconduttore 2-D su una nanostruttura a forma di cupola per produrre un semiconduttore altamente efficiente a basso costo.

I materiali semiconduttori 2-D sono emersi come alternative ai semiconduttori a base di silicio grazie alla loro flessibilità intrinseca, elevata trasparenza, ed eccellenti proprietà di trasporto del vettore, quali sono le caratteristiche importanti per l'elettronica flessibile.

Nonostante le loro eccezionali proprietà fisiche e chimiche, sono ipersensibili al loro ambiente a causa della loro natura estremamente sottile. Quindi, eventuali irregolarità della superficie di appoggio possono influenzare le proprietà dei semiconduttori 2-D e rendere più difficile la realizzazione di dispositivi affidabili e ben performanti. In particolare, può provocare un grave degrado della mobilità del portatore di carica o della resa dell'emissione di luce.

Risolvere questo problema, ci sono stati continui sforzi per bloccare fondamentalmente gli effetti del substrato. Un modo è sospendere un semiconduttore 2-D; però, questo metodo ridurrà la durata meccanica a causa dell'assenza di un supporto sotto i materiali semiconduttori 2-D.

Il professor Yeon Sik Jung del Dipartimento di Scienza e ingegneria dei materiali e il suo team hanno ideato una nuova strategia basata sull'inserimento di modelli topografici ad alta densità come supporto contenente nanogap tra i materiali 2-D e il substrato al fine di mitigare la loro contatto e per bloccare gli effetti indesiderati indotti dal substrato.

Più del 90% del sostenitore a forma di cupola è semplicemente uno spazio vuoto a causa delle sue dimensioni in scala nanometrica. Il posizionamento di un semiconduttore 2-D su questa struttura crea un effetto simile alla levitazione del livello. Quindi, questo metodo garantisce la durata meccanica del dispositivo minimizzando gli effetti indesiderati dal substrato. Applicando questo metodo al semiconduttore 2-D, la mobilità dei portatori di carica è stata più che raddoppiata, mostrando un significativo miglioramento delle prestazioni del semiconduttore 2-D.

Inoltre, il team ha ridotto il prezzo di produzione del semiconduttore. Generalmente, la costruzione di una struttura a cupola ultrasottile su una superficie generalmente comporta attrezzature costose per creare modelli individuali sulla superficie. Però, il team ha impiegato un metodo di nanomodelli autoassemblanti in cui le molecole si assemblano per formare una nanostruttura. Questo metodo ha portato a ridurre i costi di produzione e ha mostrato una buona compatibilità con i processi di produzione dei semiconduttori convenzionali.

Il professor Jung ha detto, "Questa ricerca può essere applicata per migliorare i dispositivi che utilizzano vari materiali semiconduttori 2-D e i dispositivi che utilizzano grafene, un materiale metallico 2-D. Sarà utile in una vasta gamma di applicazioni, come il materiale per i canali dei transistor ad alta velocità per i display flessibili di nuova generazione o per lo strato attivo nei rilevatori di luce."