Исследователи из Университета Карнеги-Меллон совершили значительный прорыв в области двумерных полупроводников, разработав метод создания больших объемов материала для высокопроизводительных 2D-полупроводников на основе теллура. Результаты исследования, опубликованные в журнале ACS Applied Materials & Interfaces в конце декабря 2024 года, открывают новые возможности для создания более эффективных и настраиваемых фотодетекторов для устройств следующего поколения.
В современной полупроводниковой промышленности доминирует КМОП-технология (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), которая требует наличия как p-типа («положительного типа»), так и n-типа («отрицательного типа») материалов. Хотя 2D-материалы n-типа достаточно распространены, материалы p-типа в двумерном формате встречаются гораздо реже, что создает существенное ограничение для развития ультратонкой электроники.
Теллур, 52-й элемент периодической таблицы из 16-й группы, предлагает решение этой проблемы. Этот проводящий металлоид действует как материал p-типа и демонстрирует впечатляющие характеристики. «Мы обнаружили, что теллур обладает подвижностью до 1450 см²/В·с, что является самой высокой скоростью проводимости среди тестируемых материалов подобного типа», – отмечает Тяньи Хуан, аспирант кафедры машиностроения и первый автор исследования.
Помимо высокой подвижности, теллур отличается большей стабильностью на воздухе по сравнению с ведущей альтернативой – черным фосфором. Исследовательская группа использовала метод физического осаждения из паровой фазы для выращивания теллуровых структур, что позволило создавать материал в значительных количествах.
«Фотодетекторы на основе теллура обладают рядом уникальных преимуществ», – объясняет Сюй Чжан, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. «Они ультралегкие, имеют высоко настраиваемые параметры для различных применений, демонстрируют выдающиеся электрические характеристики и не подвержены быстрой деградации, сохраняя скорость и эффективность работы в течение длительного времени».
Потенциальные области применения теллуровых 2D-полупроводников включают высокоскоростные КМОП-схемы, высокочастотные радиочастотные (РЧ) схемы, фотодетекторы и устройства для сбора энергии. Профессор машиностроения Шэн Шэнь подчеркивает: «Наша работа устраняет критическое узкое место в развитии ультратонкой электроники и значительно обогащает семейство 2D-полупроводниковых материалов».
Значимость этого исследования трудно переоценить. Оно представляет собой существенный прогресс на пути к созданию электроники толщиной в атом с улучшенной скоростью, эффективностью и универсальностью. В эпоху, когда миниатюризация и энергоэффективность становятся ключевыми требованиями к электронным устройствам, теллуровые 2D-полупроводники могут стать основой для нового поколения оптоэлектронных устройств, способных обрабатывать световые сигналы с беспрецедентной скоростью и точностью.
Изображение носит иллюстративный характер
В современной полупроводниковой промышленности доминирует КМОП-технология (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), которая требует наличия как p-типа («положительного типа»), так и n-типа («отрицательного типа») материалов. Хотя 2D-материалы n-типа достаточно распространены, материалы p-типа в двумерном формате встречаются гораздо реже, что создает существенное ограничение для развития ультратонкой электроники.
Теллур, 52-й элемент периодической таблицы из 16-й группы, предлагает решение этой проблемы. Этот проводящий металлоид действует как материал p-типа и демонстрирует впечатляющие характеристики. «Мы обнаружили, что теллур обладает подвижностью до 1450 см²/В·с, что является самой высокой скоростью проводимости среди тестируемых материалов подобного типа», – отмечает Тяньи Хуан, аспирант кафедры машиностроения и первый автор исследования.
Помимо высокой подвижности, теллур отличается большей стабильностью на воздухе по сравнению с ведущей альтернативой – черным фосфором. Исследовательская группа использовала метод физического осаждения из паровой фазы для выращивания теллуровых структур, что позволило создавать материал в значительных количествах.
«Фотодетекторы на основе теллура обладают рядом уникальных преимуществ», – объясняет Сюй Чжан, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. «Они ультралегкие, имеют высоко настраиваемые параметры для различных применений, демонстрируют выдающиеся электрические характеристики и не подвержены быстрой деградации, сохраняя скорость и эффективность работы в течение длительного времени».
Потенциальные области применения теллуровых 2D-полупроводников включают высокоскоростные КМОП-схемы, высокочастотные радиочастотные (РЧ) схемы, фотодетекторы и устройства для сбора энергии. Профессор машиностроения Шэн Шэнь подчеркивает: «Наша работа устраняет критическое узкое место в развитии ультратонкой электроники и значительно обогащает семейство 2D-полупроводниковых материалов».
Значимость этого исследования трудно переоценить. Оно представляет собой существенный прогресс на пути к созданию электроники толщиной в атом с улучшенной скоростью, эффективностью и универсальностью. В эпоху, когда миниатюризация и энергоэффективность становятся ключевыми требованиями к электронным устройствам, теллуровые 2D-полупроводники могут стать основой для нового поколения оптоэлектронных устройств, способных обрабатывать световые сигналы с беспрецедентной скоростью и точностью.
