Nouveaux transistors à base de phosphore noir monocouche et d'arséniure de germanium

Les matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D) se sont révélés très prometteurs pour le développement de divers appareils électroniques, notamment les appareils portables et les appareils électroniques plus petits. Ces matériaux peuvent présenter des avantages significatifs par rapport à leurs homologues volumineux, par exemple en conservant leur mobilité quelle que soit leur épaisseur réduite.

Malgré leur promesse de créer des composants électroniques minces, les semi-conducteurs 2D n’ont jusqu’à présent que rarement été utilisés pour créer des transistors monocouches, des versions plus fines des composants électroniques cruciaux utilisés pour moduler et amplifier le courant électrique à l’intérieur de la plupart des appareils existants. La plupart des transistors monocouches proposés basés sur des semi-conducteurs 2D ont été créés en utilisant quelques matériaux soigneusement sélectionnés connus pour avoir des structures de réseau relativement stables, tels que le graphène, le diséléniure de tungstène ou le bisulfure de molybdène (MoS₂).

Des chercheurs de l'Université du Hunan, de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université de Wuhan ont récemment entrepris de développer de nouveaux transistors monocouches en utilisant des matériaux semi-conducteurs 2D alternatifs qui ont jusqu'à présent été principalement utilisés pour créer des transistors multicouches, notamment le phosphore noir (BP) et l'arséniure de germanium ( GeAs). Leurs travaux sont publiés dans la revue Électronique naturelle.

“Pour un certain nombre de matériaux 2D prometteurs, tels que le phosphore noir et l'arséniure de germanium, la fabrication de transistors monocouches est un défi et est limitée par les difficultés à former des contacts électriques robustes avec les matériaux 2D délicats”, Wangying Li, Quanyang Tao et leurs collègues. a écrit dans leur journal. “Nous rapportons la fabrication de transistors monocouches au phosphore noir et à l'arséniure de germanium avec des contacts tridimensionnels surélevés en utilisant une technique de pelage de Van der Waals.”

L'objectif principal des travaux récents de cette équipe de chercheurs était de créer de nouveaux transistors basés sur des semi-conducteurs monocouches 2D, au-delà de ceux qui ont jusqu'à présent été principalement utilisés dans les conceptions de transistors monocouches. Cela présente plusieurs défis, car certains de ces matériaux sont difficiles à réduire uniformément et sans compromettre leurs propriétés intrinsèques.

Pour y parvenir, Li, Tao et leurs collaborateurs ont mis au point une technique de pelage de van der Waals (vdW) qui peut être utilisée pour créer des transistors 2D monocouches avec des contacts surélevés en 3D. Cette technique consiste à stratifier des métaux plats sur des canaux 2D multicouches, ce qui permet aux chercheurs de retirer la couche semi-conductrice située au sommet de la pile en décollant le métal.

“Grâce à un pelage mécanique couche par couche, la région du canal d'un transistor multicouche au phosphore noir peut être progressivement réduite à une épaisseur monocouche sans dégrader son réseau délicat et tout en conservant une région de contact multicouche”, ont écrit Li, Tao et leurs collègues.

Dans le cadre de leur étude, l’équipe a utilisé la technique de pelage proposée pour créer des homo-jonctions et des homo-super-réseaux basés sur divers semi-conducteurs 2D, notamment BP, GeAs, InSe (séléniure d’indium) et GaSe (séléniure de gallium).

L'équipe a découvert que la méthode proposée leur permettait d'amincir la partie canal de leurs transistors tout en conservant l'épaisseur requise dans la région de contact.

“En utilisant cette technique, nous mesurons les propriétés électriques du même transistor 2D avec différentes épaisseurs de canal”, ont écrit Li, Tao et leurs collègues. “Nous constatons que la mobilité des porteurs du phosphore noir diminue fortement lors de la réduction de l'épaisseur du corps, se comportant davantage comme un semi-conducteur en vrac conventionnel plutôt que comme un semi-conducteur pur de Van der Waals.”

Dans le cadre de leur récente étude, les chercheurs ont démontré le potentiel de leur technique pour développer des transistors monocouches prometteurs avec des contacts en 3D basés sur BP et GeAs. À l’avenir, leur méthode de pelage couche par couche pourrait ouvrir de nouveaux horizons pour la création de transistors plus fins et évolutifs utilisant des semi-conducteurs 2D rares, généralement considérés comme peu performants pour ces applications.

“Le travail a des implications potentielles pour d'autres matériaux monocouches instables au-delà des semi-conducteurs 2D, tels que les monocouches organiques et les monocouches de pérovskite, qui étaient auparavant considérées comme non conductrices ou comme ayant de mauvaises propriétés intrinsèques, mais qui sont en réalité limitées par le mauvais contact entre les matériaux. métal et monocouches”, ont ajouté Li, Tao et leurs collègues.

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