Aggiungendo un ulteriore strato di atomi a semiconduttori già infinitamente piccoli, diventa possibile una generazione di dispositivi elettrici di livello superiore. Questo lavoro per costruire un'elettronica migliore e più veloce è a buon punto, ma si sapeva poco su come testare gli ingredienti di questi dispositivi per garantire le prestazioni. Ora, i ricercatori del Nagoya Institute of Technology (NITech) in Giappone hanno sviluppato un metodo per assicurarsi che le connessioni tra lo strato bidimensionale di atomi e i semiconduttori siano il più perfette possibile.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il ​​15 aprile in Lettere di fisica applicata .

Hanno applicato uno strato di grafene al nitruro di gallio, un semiconduttore comunemente usato. Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi, mentre il nitruro di gallio è una struttura tridimensionale. Insieme, il grafene e il nitruro di gallio sono noti come dispositivi di eterogiunzione, con significativa sensibilità alle proprietà di interfaccia di metallo e semiconduttori.

Secondo Golap Kalita Ph.D., un professore associato presso NITech, comprendere i dispositivi a eterogiunzione GaN e come migliorarli è fondamentale per migliorare le prestazioni del dispositivo.

"Il nostro team ha trovato un modo per determinare le proprietà di interfaccia dell'eterogiunzione di grafene e nitruro di gallio caratterizzando il dispositivo sotto illuminazione ultravioletta, " ha detto Kalita.

L'interfaccia tra il grafene e il nitruro di gallio dovrebbe essere priva di impurità, specialmente quelli che ottengono energia dalla luce. Quando i ricercatori hanno puntato la luce ultravioletta (UV) sul dispositivo di eterogiunzione, hanno trovato elettroni fotoeccitati (eccitoni) intrappolati nell'interfaccia e che interferiscono con il trasferimento di informazioni.

Il nitruro di gallio contiene difetti a livello superficiale e altre imperfezioni che consentono a tali elettroni fotoeccitati di rimanere intrappolati all'interfaccia.

"Abbiamo scoperto che gli stati di interfaccia del grafene e del nitruro di gallio hanno un'influenza significativa sul comportamento della giunzione e sulle proprietà del dispositivo, " ha detto Kalita.

Una di queste proprietà è chiamata isteresi elettrica:è un fenomeno in cui gli elettroni vengono intrappolati nell'interfaccia portando a un cambiamento comportamentale nel dispositivo. L'intrappolamento degli elettroni è estremamente sensibile alla luce UV. Significa che una volta che la luce UV viene puntata sull'eterogiunzione, gli elettroni eccitati si popolano all'interfaccia e rimangono intrappolati, creando un'ampia finestra di isteresi.

Però, quando i ricercatori hanno applicato uno strato più raffinato di grafene al nitruro di gallio, non vedevano alcun effetto di isteresi senza illuminazione leggera, implicando una corrispondenza più pulita all'interfaccia. Ma non era perfetto:l'illuminazione UV ha istigato gli elettroni fotoeccitati in un comportamento frenetico a causa di difetti intrinseci nel nitruro di gallio.

"Questa scoperta ha mostrato che l'interfaccia eterogiunzione grafene/GaN può essere valutata dal processo di illuminazione ultravioletta, " ha detto Kalita.

La capacità di valutare la purezza dell'interfaccia è preziosa nello sviluppo di dispositivi ad alte prestazioni, secondo i ricercatori.

"Questo studio aprirà nuove possibilità per caratterizzare altre interfacce di eterogiunzione mediante un processo di illuminazione a luce ultravioletta, " ha detto Kalita. "In definitiva, il nostro obiettivo è comprendere l'interfaccia di varie eterostrutture bi e tridimensionali per sviluppare nuovi dispositivi optoelettronici con il grafene".