La terza dimensione potrebbe essere responsabile dell'impedire all'elettronica di diventare più sottile, più piccola e più flessibile, secondo una collaborazione internazionale che ha sviluppato un modo per produrre nuovi materiali semiconduttori bidimensionali idealizzati. Hanno pubblicato il loro approccio il 3 giugno su Nano Research .

I ricercatori, guidati da Lin Zhou, professore associato di chimica presso la Shanghai Jiao Tong University in Cina, si sono concentrati sull'arseniuro di indio (InAs), un semiconduttore a banda proibita stretta con proprietà utili per l'elettronica ad alta velocità e fotorilevatori a infrarossi altamente sensibili. A differenza della maggior parte dei materiali 2D esistenti con strutture a strati, il problema, ha affermato Zhou, è che InAs ha tipicamente una struttura reticolare 3D, il che rende difficile la trasformazione in film 2D ultrasottili per applicazioni elettroniche e optoelettroniche avanzate.

"La crescita di materiali 2D non stratificati di grandi dimensioni e ultrasottili è stata una grande sfida, ma vale la pena risolverla. Grazie alla sua elevata mobilità e al gap di banda regolabile, gli InAs 2D potrebbero essere un materiale fondamentale per la nanoelettronica ad alte prestazioni di prossima generazione , nano-fotonica e dispositivi quantistici", ha affermato Zhou. "Ha i vantaggi di entrambi gli InAs, come l'elevata mobilità del vettore, la dimensione del bandgap piccola e diretta e i materiali 2D, che hanno una natura ultrasottile adatta per dispositivi di piccole dimensioni, sono flessibili e trasparenti". Questo lavoro fornisce anche un modo promettente per espandere ulteriormente il gruppo di semiconduttori 2D incorporando materiali con strutture non stratificate.

I ricercatori hanno sfruttato una debole attrazione atomica nota come forza di van der Waals nella crescita dell'epitassia. La forza descrive come le molecole neutre possono connettersi tra loro, mentre l'epitassia implica l'applicazione di una sovrapposizione di un materiale su un substrato cristallino. Usando la mica atomicamente piatta, che è naturalmente stratificata, come substrato, i ricercatori hanno coltivato un sottile strato di InAs. Le molecole nel substrato di mica e le molecole negli InAs sono reciprocamente attratte a sufficienza da connettersi, impedendo agli InAs di crescere in un reticolo 3D. Inoltre, la crescita di van der Waals garantisce lussazioni senza deformazioni e senza disadattamenti negli InAs 2D cresciuti. Gli InAs possono essere incredibilmente sottili con le proprietà desiderate.

Zhou ha anche notato che gli InAs e il substrato non si legano in modo covalente, quindi possono essere separati e il substrato riutilizzato, rendendo il processo di sintesi più conveniente.

"Abbiamo anche scoperto che possiamo ottimizzare le proprietà degli InAs 2D modificando lo spessore del materiale a causa dell'effetto di confinamento quantistico", ha affermato Zhou. "L'InAs 2D è facile da personalizzare per ottenere le proprietà desiderate e per integrarsi con altri composti. Oltre a manipolare lo spessore durante la sintesi, possiamo anche impilare InAs 2D con altri materiali 2D per formare eterogiunzioni per prestazioni multifunzione, offrendo loro vantaggi significativi in ​​termini di elettronica e fotovoltaico."

Il materiale 2D InAs finale assume la forma di scaglie triangolari, spesse circa cinque nanometri. È circa 0,0007 la dimensione di un singolo globulo rosso. Più piccolo è il materiale, più piccoli saranno i dispositivi che alla fine comprenderanno, ha detto Zhou.

"Prima di questo lavoro, non era stato segnalato InAs 2D di alta qualità, con uno spessore inferiore a 10 nanometri, per non parlare di una sintesi scalabile di cristalli singoli InAs 2D con proprietà ottiche ed elettroniche uniche", ha affermato Zhou. "Il nostro lavoro apre la strada alla miniaturizzazione di dispositivi e integrazioni basati su InAs."

Successivamente, Zhou ha affermato che il team esplorerà nuovi semiconduttori 2D per crescere con l'obiettivo finale di ottenere una sintesi scalabile di materiali 2D di alta qualità su vaste aree per applicazioni multifunzionali. + Esplora ulteriormente

Lo studio dell'arseniuro di indio apre la strada a dispositivi elettronici più piccoli e potenti