ナノエレクトロニクスは、針の先端に収まるトランジスタ、センサー、回路など、非常に小さな電子コンポーネントを扱います。このテクノロジーは、コンピューター、スマートフォン、医療用ツールなどのデバイスを通じて、私たちの日常生活を駆動します。
これらのデバイスの効率とパワーを向上させるために、科学者は標準的なシリコンベースの半導体を置き換えるための代替材料を探しています。
「私たちの仕事は、既存のシリコンテクノロジーと統合されて機能性を高め、パフォーマンスを向上させ、エネルギー効率の高いナノエレクトロニクスへの道を開く方法を調査しています」と、電気工学部の准教授および研究の主著者であるHuamin Li氏は述べています。 「3末端トランジスタのような、より複雑なデバイスは、私たちの発見から利益を得て、機能性とパフォーマンスを強化することができます。」
材料の設計と革新局の助教授であるFei Yaoは、研究の共同リード著者です。
「科学者として、コンポーネントを小さくして、より少ないスペースでより多くの仕事をすることができるようにしたい」とヤオは言う。 「これにより、より強力でコンパクトな高度な技術を作成できます。」
LiとYaoは、共著者のVasili Perebeinosと協力して、電気工学部の教授です。 3つすべては、半導体業界向けの次世代のリーダーをトレーニングしながら最先端のマイクロエレクトロニクスソリューションを開発する学際的な研究センターであるUBの高度な半導体技術センターのメンバーです。
追加の研究共著者は、その多くが2D材料、物理学、ナノエレクトロニクスの専門家であり、中国、韓国、オーストリア、イタリアで働いています。
「このコラボレーションは、最先端の半導体研究におけるUBのリーダーシップと、インパクトのある国際的および学際的なパートナーシップを促進する能力を強調しています」とヤオは言います。
この研究では、チームは、シリコンと組み合わせて、半導体モリブデンジスルフィド（MOS2）などの薄い2D材料を使用して、電荷がどのように注入および輸送されるかを優れた制御する非常に効率的な電子デバイスを作成できることを実証しました。金属とシリコンの間に2D材料が存在することは、MOS2の厚さ1ナノメートル未満であるにもかかわらず、現在の電荷がどのように流れるかを変える可能性があります。
「2D材料は、主に充電注入、または充電が材料に入る方法に影響しますが、実際には電荷の収集に影響しないか、充電が材料を出る方法には影響しません」とLi氏は説明します。 「これは、2D材料の特定の特性に関係なく発生します。したがって、半導体MOS2、半金属グラフェン、または絶縁体H-BN（六角形の窒化ホウ素）を使用するかどうかにかかわらず、電荷注入で異なる役割を果たすことができますが、電荷コレクションに関してはすべて同様に動作します。基本的に、この特別な条件の2D材料は、それが目に見えないように機能するか、充電を収集するために抵抗がゼロになります。」
フォームの底2D材料をシリコンと統合することは、次世代の電子機器にとって有望な経路であるとLi氏は、特に2D材料が3D材料を満たしている理解とエンジニアリングの電荷輸送において、重要な課題が残っています。
「私たちの研究は、特に2D材料が単層に拡大されている場合、2D/3Dインターフェースでのエネルギーバンド構造と電荷輸送メカニズムに関する重要な洞察を提供します」と彼は言います。 「時間が経つにつれて、この研究は新しい2D材料とデバイスの概念の開発を刺激し、最終的には日常的な使用のためのより効率的で強力な電子機器につながります。」
この作業は、主に2019年12月に国立科学財団からの608,000ドルの助成金によってサポートされていました。追加のサポートは、高度な半導体技術センターによって提供されました。
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