El gráfico muestra el crecimiento de ZnO en la capa de grafeno, consta de hexágonos interconectados de átomos de carbono. Átomo de zinc mostrado como esferas rojas, átomo de oxígeno como esferas verdes. Crédito:UNIST
Un nuevo estudio afiliado a UNIST ha introducido un método novedoso para la fabricación del semiconductor de óxido más delgado del mundo que tiene solo un átomo de espesor. Esto puede abrir nuevas posibilidades para adelgazar, transparente, y dispositivos electrónicos flexibles, como sensores ultrapequeños.
Este nuevo semiconductor de óxido ultrafino fue creado por un equipo de científicos, dirigido por el profesor Zonghoon Lee de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UNIST. En el estudio, El profesor Lee ha logrado demostrar la formación de semiconductores bidimensionales de óxido de zinc (ZnO) con un espesor de un átomo.
Este material se forma mediante el crecimiento directo de una capa de ZnO de un solo átomo de espesor sobre grafeno, usando deposición de capa atómica. También es la capa heteroepitaxial más delgada de óxido semiconductor en grafeno monocapa.
"Flexible, Los dispositivos de alto rendimiento son indispensables para la electrónica portátil convencional. que han atraído la atención recientemente, "dice el profesor Lee." Con este nuevo material, podemos lograr dispositivos realmente flexibles de alto rendimiento ".
La tecnología de semiconductores avanza continuamente hacia tamaños de características más pequeños y una mayor eficiencia operativa y los semiconductores de silicio existentes también parecen seguir esta tendencia. Sin embargo, a medida que el proceso de fabricación se vuelve más fino, el rendimiento se convierte en un problema mucho más crítico y se han realizado muchas investigaciones sobre semiconductores de próxima generación, que puede reemplazar al silicio.
Crecimiento lateral de la monocapa de ZnO a lo largo de los bordes en zigzag. Crédito:UNIST
El grafeno tiene propiedades de conductividad superiores, pero no puede usarse directamente como una alternativa al silicio en la electrónica de semiconductores porque no tiene banda prohibida. Una banda prohibida le da a un material la capacidad de iniciar y detener el flujo de electrones que transportan electricidad. En grafeno, sin embargo, los electrones se mueven aleatoriamente a una velocidad constante sin importar su energía y no se pueden detener.
Para solucionar esto, El equipo de investigación decidió demostrar el crecimiento átomo por átomo de zinc y oxígeno en el borde en zigzag preferencial de una monocapa de ZnO en grafeno mediante la observación in situ. Luego, determinan experimentalmente que la monocapa de ZnO más delgada tiene una banda prohibida amplia (hasta 4.0 eV), debido al confinamiento cuántico y la estructura de 'hiperpanal de abeja' similar al grafeno, y alta transparencia óptica.
Los semiconductores de óxido existentes actualmente tienen una banda prohibida relativamente grande en el rango de 2.9-3.5 eV. Cuanto mayor sea la energía de la banda prohibida, cuanto menor sea la corriente de fuga y el exceso de ruido.
"Esta es la primera vez que se observa realmente la formación in situ de la estructura hexagonal de ZnO, "dice Hyo-Ki Hong de Ciencia e Ingeniería de Materiales, primer autor del artículo. "A través de este proceso, pudimos comprender el proceso y el principio de la producción de semiconductores de ZnO 2D ".
"La pila heteroepitaxial de los semiconductores de óxido 2D más delgados en grafeno tiene potencial para futuras aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos asociadas con una alta transparencia y flexibilidad ópticas, ", dice el profesor Lee." Este estudio puede conducir a una nueva clase de heteroestructuras 2D que incluyen óxidos semiconductores formados por crecimiento epitaxial altamente controlado a través de una ruta de deposición ".
