NYU最新研发技术推动2D半导体材料行业应用

2020-07-30 15:58

近来，二维（2D）半导体作为一种新型材料正在引起人们的关注，其大小与一个原子的厚度相当。理论上来说，2D材料在电子和光电子工业以及物联网设备中有着光明的应用前景。任何手机、电脑、电子设备，甚至太阳能电池，都是由相同的基本电子元件，即二极管组成的。二极管的核心基础p－n结的纳米制备一直是个未解决的挑战，这也是阻碍2D材料得到广泛应用的最主要因素之一。

针对这个问题，纽约大学坦顿工程学院教授Elisa Riedo领导的一个国际研究小组调查人员于近日演示了一种全新的解决思路。这个方法利用热扫描探针光刻技术（t－SPL），在二硫化钼（MoS2）单原子层上形成p－n结。这篇名为“利用空间缺陷纳米技术在MOS2中实现双极导电性”（Spatial defects nanoengineering for bipolar conductivity in MoS2）的研究目前已发表在《自然通讯》杂志上。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为p－n结。Riedo和另一位电气与计算机工程教授avood Shahrjerdy发现，通过将t－SPL与缺陷纳米进行结合，能实现纳米级分辨率的MoS2双极掺杂，产生N型和P型传导。

作为研究的一部分，研究团队将t－SPL（使用加热温度超过200摄氏度的探针）与流通式活性气体集成在一起，以实现对MoS2单分子层缺陷的局部热激活的独特纳米级控制。缺陷模式可以根据需要生成P型或N型导电性，这取决于在局部加热过程中使用的气体。利用x射线光电子能谱法、透射电子显微镜和密度泛函理论，研究团队从分子水平阐明了掺杂和缺陷的形成机理。

除了纽约大学，这个国际团队还包括来自纽约城市大学（CUNY）、米兰理工大学（Politecnico di Milano）、伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois Urbana－Champaign）、宾夕法尼亚大学和意大利国家研究委员会（CNR）的研究人员。

“在我们之前的研究中，我们发现t－SPL法要优于电子束光刻和其他在MoS2上形成金属电极的标准方法，这一进步也可以降低制造成本，因为t－SPL不需要标记或真空。”Riedo这样说道。

随着在2D半导体双极掺杂领域的连续成功，t－SPL法能够推动行业利用2D材料制造功能晶体管器件，包括控制掺杂水平，这将极大促进材料科学和芯片设计发展。