Los cristales metálicos (derecha) y semiconductores (izquierda) de MoTe2 se obtienen uno al lado del otro en el mismo plano. Los cristales rectangulares representan el metal MoTe2, mientras que los cristales hexagonales son el rasgo característico del MoTe2 semiconductor. Crédito: Nanotecnología de la naturaleza
La vida moderna sería casi impensable sin transistores. Son los bloques de construcción omnipresentes de todos los dispositivos electrónicos, y cada chip de computadora contiene miles de millones de ellos. Sin embargo, a medida que los chips se vuelven cada vez más pequeños, los transistores electrónicos de campo (FET) 3-D actuales están alcanzando su límite de eficiencia. Un equipo de investigación del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) ha desarrollado el primer circuito electrónico 2-D (FET) hecho de un solo material. Publicado en Nanotecnología de la naturaleza , Este estudio muestra un nuevo método para fabricar polimorfos metálicos y semiconductores a partir del mismo material con el fin de fabricar FET 2-D.
En lenguaje sencillo, Los FET pueden considerarse interruptores de alta velocidad, compuesto por dos electrodos metálicos y un canal semiconductor en el medio. Los electrones (o agujeros) se mueven desde el electrodo fuente al electrodo de drenaje, fluyendo a través del canal. Si bien los FET 3-D se han reducido a dimensiones de nanoescala con éxito, sus limitaciones físicas están empezando a surgir. Las longitudes cortas de los canales de semiconductores provocan una disminución en el rendimiento:algunos electrones pueden fluir entre los electrodos incluso cuando no deberían hacerlo. provocando una reducción del calor y la eficiencia. Para superar esta degradación del rendimiento, Los canales de transistores deben fabricarse con materiales delgados a escala nanométrica. Sin embargo, incluso los materiales tridimensionales delgados no son lo suficientemente buenos, como electrones no apareados, parte de los llamados "enlaces colgantes" en la superficie interfieren con los electrones que fluyen, conduciendo a la dispersión.
El uso de FET 2-D en lugar de FET 3-D puede superar estos problemas y ofrece nuevas, propiedades atractivas. "Los FET hechos de semiconductores 2-D están libres de efectos de canal corto porque todos los electrones están confinados en canales naturalmente atómicamente delgados, libre de enlaces colgantes en la superficie, "explica Ji Ho Sung, primer autor del estudio. Es más, una forma de una o pocas capas de materiales 2-D en capas tiene una amplia gama de propiedades ópticas eléctricas y sintonizables, espesor de escala atómica, flexibilidad mecánica y grandes intervalos de banda (1 ~ 2 eV).
El FET 3D estándar tiene dos electrodos (fuente y drenaje, S y D) hechos de silicio dopado y un canal semiconductor en el medio. Cuando el transistor está encendido, los electrones se mueven desde la fuente hasta el drenaje pasando a través del canal. El FET 2-D presentado en este estudio utiliza MoTe2 tanto para metal (rojo) como para semiconductor (amarillo), reduciendo los efectos fuera de corriente y los enlaces colgantes que se están convirtiendo en un problema con los transistores 3-D más pequeños. Crédito:IBS
El problema principal de los transistores FET 2-D es la existencia de una gran resistencia de contacto en la interfaz entre el semiconductor 2-D y cualquier metal a granel. Para abordar esto, El equipo ideó una nueva técnica para producir transistores metálicos 2-D con semiconducción hechos de telururo de molibdeno (MoTe 2 ). Es un material polimórfico, lo que significa que se puede utilizar tanto como metal como como semiconductor. Resistencia de contacto en la interfaz entre el semiconductor y el MoTe metálico 2 se muestra muy bajo. La altura de la barrera se redujo en un factor de 7, desde 150 meV hasta 22 meV.
Los científicos de IBS utilizaron la técnica de deposición química de vapor (CVD) para construir MoTe metálico o semiconductor de alta calidad. 2 cristales. El polimorfismo está controlado por la temperatura dentro de un horno de tubo de cuarzo de paredes calientes lleno de vapor de NaCl a 710 ° C para obtener metal, y 670 ° C para un semiconductor.
Los científicos también fabricaron estructuras a mayor escala utilizando franjas de diselenuro de tungsteno (WSe 2 ) alternado con ditelurida de tungsteno (WTe 2 ). Primero crearon una capa delgada de semiconductores WSe 2 con deposición de vapor químico, luego raspó algunas rayas y creció WTe2 metálico en su lugar.
Método paso a paso, que comienza con una película de semiconductor WSe2, seguido de grabado selectivo y crecimiento de metal WTe2. Crédito: Nanotecnología de la naturaleza
Se prevé que en el futuro, sería posible realizar una resistencia de contacto aún menor, alcanzando el límite cuántico teórico, que se considera un tema importante en el estudio de materiales 2-D, incluyendo grafeno y otros materiales dicalcogenuro de metales de transición.
