Los semiconductores, que son los componentes básicos de los transistores, microprocesadores, láseres y LED, han impulsado los avances en las tecnologías de computación, memoria, comunicaciones e iluminación desde mediados del siglo 20. Recientemente descubrimos materiales bidimensionales, que presentan muchosLas propiedades superlativas tienen el potencial de avanzar en estas tecnologías, pero la creación de dispositivos 2D con buenos contactos eléctricos y un rendimiento estable ha resultado ser un desafío.
Investigadores de Columbia Engineering informan que han demostrado un transistor casi ideal hecho de una pila de material bidimensional 2D, con solo una capa semiconductora de dos átomos de espesor, desarrollando una fabricación completamente limpia y libre de dañosSu método muestra un rendimiento enormemente mejorado en comparación con los semiconductores 2D fabricados con un proceso convencional, y podría proporcionar una plataforma escalable para crear dispositivos ultra limpios en el futuro. El estudio fue publicado hoy en Electrónica de la naturaleza .
"Hacer dispositivos con materiales 2D es un negocio desordenado", dice James Teherani, profesor asistente de ingeniería eléctrica. "Los dispositivos varían enormemente de un funcionamiento a otro y, a menudo, se degradan tan rápido que ves que el rendimiento disminuye mientras todavía los estás midiendo."
Habiéndose cansado de los resultados inconsistentes, el equipo de Teherani se propuso desarrollar una mejor manera de hacer dispositivos estables. "Entonces", explica, "decidimos separar el dispositivo original de los procesos de fabricación sucios que conducen a la variabilidad".
Como se muestra en este nuevo estudio, Teherani y sus colegas desarrollaron un proceso de nanofabricación ultralimpio de dos pasos que separa los pasos "desordenados" de fabricación, aquellos que involucran metalización "sucia", productos químicos y polímeros utilizados para formarconexiones eléctricas al dispositivo, desde la capa de semiconductores activa. Una vez que completan la fabricación desordenada, pueden recoger los contactos y transferirlos a la capa limpia del dispositivo activo, preservando la integridad de ambas capas.
"La delgadez de estos semiconductores es una bendición y una maldición", dice Teherani. "Si bien la delgadez les permite ser transparentes y ser recogidos y colocados donde los desees, la delgadez también significa que hay casi cero volumen -el dispositivo es casi totalmente superficial. Debido a esto, cualquier suciedad o contaminación superficial realmente degradará un dispositivo ".
Actualmente, la mayoría de los dispositivos no están encapsulados con una capa que protege la superficie y los contactos de la contaminación durante la fabricación. El equipo de Teherani demostró que su método ahora no solo puede proteger la capa de semiconductores para que no vean una degradación del rendimiento con el tiempo, sinoTambién puede producir dispositivos de alto rendimiento.
Teherani colaboró con Jim Hone, profesor de ingeniería mecánica Wang Fong-Jen, haciendo uso de las instalaciones de fabricación y análisis de la Iniciativa Columbia Nano y el Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales financiado por la Fundación Nacional de Ciencias en Columbia. El equipo hizo eltransfirió contactos del metal incrustado en nitruro de boro hexagonal aislante h-BN fuera de una guantera y luego transfirió en seco la capa de contacto al semiconductor 2D, que se mantuvo prístino dentro de una guantera de nitrógeno. Este proceso evita el daño inducido por la metalización directa mientrasproporcionando simultáneamente la encapsulación para proteger el dispositivo.
Ahora que los investigadores han desarrollado un proceso estable y repetible, están utilizando la plataforma para crear dispositivos que puedan salir del laboratorio a problemas de ingeniería del mundo real.
"El desarrollo de dispositivos 2D de alto rendimiento requiere avances en los materiales semiconductores de los que están hechos", agrega Teherani. "Herramientas más precisas como la nuestra nos permitirán construir estructuras más complejas con una funcionalidad potencialmente mayor y un mejor rendimiento".
El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias a través del Premio CARRERA ECCS-1752401 y el Centro para la Asamblea de Precisión de Sólidos Superstraticos y Superatómicos DMR-1420634. Este trabajo también es apoyado por la Fundación Nacional de Investigación de Corea a través delPrograma Global Research Laboratory GRL 2016K1A1A2912707 y programa Research Fellow 2018R1A6A3A11045864.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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