La tercera dimensión puede ser responsable de evitar que la electrónica se vuelva más delgada, más pequeña y más flexible, según una colaboración internacional que desarrolló una forma de fabricar nuevos materiales semiconductores bidimensionales idealizados. Publicaron su enfoque el 3 de junio en Nano Research .

Los investigadores, dirigidos por Lin Zhou, profesor asociado de química en la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China, se centraron en el arseniuro de indio (InAs), un semiconductor de banda prohibida estrecha con propiedades útiles para la electrónica de alta velocidad y los fotodetectores infrarrojos de alta sensibilidad. A diferencia de la mayoría de los materiales 2D existentes con estructuras en capas, el problema, dijo Zhou, es que InAs generalmente tiene una estructura de celosía 3D, lo que dificulta la transformación en películas 2D ultrafinas para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas avanzadas.

"El crecimiento de materiales 2D grandes y ultrafinos sin capas ha sido un gran desafío, pero vale la pena resolverlo. Gracias a su alta movilidad y banda prohibida ajustable, 2D InAs podría ser un material fundamental para la próxima generación de nanoelectrónica de alto rendimiento. , nanofotónica y dispositivos cuánticos", dijo Zhou. "Tiene las ventajas de ambos InA, como la alta movilidad de la portadora, el tamaño de banda prohibida directa y pequeña, y los materiales 2D, que tienen una naturaleza ultrafina adecuada para dispositivos de tamaño pequeño, son flexibles y transparentes". Este trabajo también proporciona una forma prometedora de ampliar aún más el grupo de semiconductores 2D mediante la incorporación de materiales con estructuras sin capas.

Los investigadores aprovecharon una atracción atómica débil conocida como fuerza de van der Waals en el crecimiento de la epitaxia. La fuerza describe cómo las moléculas neutras pueden conectarse entre sí, mientras que la epitaxia consiste en aplicar una capa de un material a un sustrato cristalino. Usando mica atómicamente plana, que está naturalmente en capas, como sustrato, los investigadores cultivaron una capa delgada de InAs. Las moléculas en el sustrato de mica y las moléculas en InAs se atraen mutuamente lo suficiente como para conectarse, evitando que InAs se convierta en una red 3D. Además, el crecimiento de van der Waals garantiza dislocaciones libres de tensión y sin desajustes en InAs 2D tal como crecen. El InAs puede ser increíblemente delgado con las propiedades deseadas.

Zhou también señaló que el InAs y el sustrato no se unen de forma covalente, por lo que se pueden separar y el sustrato se puede reutilizar, lo que hace que el proceso de síntesis sea más rentable.

"También descubrimos que podemos ajustar las propiedades de 2D InAs cambiando el grosor del material debido al efecto de confinamiento cuántico", dijo Zhou. "El InAs 2D es fácil de adaptar para lograr las propiedades deseadas e integrarse con otros compuestos. Además de manipular el grosor durante la síntesis, también podemos apilar InAs 2D con otros materiales 2D para formar heterouniones para un rendimiento multifunción, lo que les brinda ventajas significativas en electrónica y fotovoltaica."

El material 2D InAs final toma la forma de copos triangulares, de aproximadamente cinco nanómetros de espesor. Eso es aproximadamente 0,0007 del tamaño de un solo glóbulo rojo. Cuanto más pequeño sea el material, más pequeños serán los dispositivos que eventualmente comprenderá, dijo Zhou.

"Antes de este trabajo, no se había informado de InAs 2D de alta calidad, es decir, de menos de 10 nanómetros de espesor, y mucho menos de una síntesis escalable de monocristales de InAs 2D con propiedades ópticas y electrónicas únicas", dijo Zhou. "Nuestro trabajo allana el camino para la miniaturización de dispositivos e integraciones basados ​​en InAs".

A continuación, Zhou dijo que el equipo explorará nuevos semiconductores 2D para crecer con el objetivo final de lograr una síntesis escalable de materiales 2D de alta calidad en grandes áreas para aplicaciones multifuncionales. + Explora más

El estudio del arseniuro de indio allana el camino hacia una electrónica más pequeña y potente