Tellurium steigert die 2D -Halbleiterleistung für eine schnellere Fotodetektion

Eine Gruppe von Forschern der Carnegie Mellon University hat kürzlich eine Methode entwickelt, mit der sie große Mengen eines Materials erstellen konnten, das für die Herstellung von zweidimensionalen (2D) Halbleitern erforderlich ist. Ihre Zeitungveröffentlicht in ACS angelegte Materialien und Schnittstellen Ende Dezember 2024 könnte zu effizienteren und einstellbaren Fotodetektoren führen, was den Weg für die nächste Generation von lichtempfindlichen und multifunktionalen optoelektronischen Geräten ebnet.

„Halbleiter sind die wichtigste Technologie für die heutige Elektronik, von Laptops über Smartphones bis hin zu AI -Anwendungen“, sagte Xu Zhang, Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik. „Sie steuern den Stromfluss und wirken als Brücke zwischen Leitern (die es frei fließen lassen) und Isolatoren (die sie blockieren).“

Die Forschungsgruppe von Zhang wollte eine bestimmte Art von Fotodetektor entwickeln, ein Gerät, das Licht erkennen kann und in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann. Um diesen Fotodetektor zu erstellen, benötigte die Gruppe, die für die Verwendung von Materialien, die eine Atombreite dick waren, oder so nahe wie möglich 2D wie möglich.

Die heutige Halbleiterindustrie stützt sich stark auf die CMOS-Technologie (komplementäre Metal-Oxid-Semiconductor), die zwei Arten von Halbleitermaterialien verwendet, um energieeffiziente elektronische Schaltkreise zu ermöglichen, die als P-Typ (oder „positive Typen“) und n-Typen (oder „negative Typ“) Materials genannt werden.

„Für diese Fotodetektorarbeit ist es nicht nur wichtig, einen guten Halbleiter im P-Typ zu machen, sondern für fast alle Elektronik im Grunde genommen wichtig“, sagte Zhang.

Während es viele Arten von Materialien vom 2D-Typ gibt, sind 2D-P-Typ-Materialien seltener-bis jetzt. CMU-Forscher suchen ein starkes neues P-Typ-Halbleitermaterial, das einen kritischen Engpass auf dem Gebiet der ultradünnen Elektronik lösen könnte.

Zum Glück kannten sie ein passendes Material: Tellur. Tellur ist das 52. Element auf der Periodenzüchtertabelle in Gruppe 16 in wenigen Perioden (Reihen) unter dem Sauerstoff. Es ist ein leitender Metalloid, aber vor allem wirkt es wie ein P-Typ-Material.

Noch besser, von den von ihnen getesteten Materialien hatte 2D Tellur die höchste Mobilität oder die schnellste Leitungsgeschwindigkeit bei 1450 cm2/vs, was bedeutet, dass Geräte, die damit gebaut wurden, extrem schnell wirken können. Es ist auch viel stabiler in der Luft als der führende alternative, schwarze Phosphor, sodass es sich nicht leicht verschlechtert und länger schnell und effizient bleibt.

„Dieses Wachstum von physischen Dampfablagerungen Tellurium bereichert die 2D -Familie der 2D -Halbleitermaterial erheblich“, sagte Tianyi Huang, Doktorandin für Maschinenbau und Erstautor des Papiers.

„Seine P-Typ-Eigenschaft und herausragende elektrische Leistung machten es zu einem starken Kandidaten in verschiedenen potenziellen Anwendungen wie CMOS-Schaltkreisen mit Hochgeschwindigkeit, Hochfrequenz-RF [radio frequency] Schaltungen, Fotodetektoren, Energieernte und so weiter. „

Neben dem ultraleuchten Gewicht des Geräts ist der Tellurium-fähige Fotodetektor sehr einstellbar, sodass seine Parameter geändert werden können, damit er in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, einer Eigenschaft, die nicht für andere Fotodetektoren zutrifft. Die Forscher freuen sich darauf, diese Arbeit weiter zu entwickeln, um ihre Grenzen und besten Anwendungen zu finden.

Diese interdisziplinäre Arbeit erfolgte durch enge Zusammenarbeit mit Sheng Shen, Professor für Maschinenbau und seiner Gruppe.

„Mit seinen einzigartigen Eigenschaften ist 2D P-Typ Tellurium für Anwendungen für Fotodetektion und Elektronik vielversprechend. Wir freuen uns, in naher Zukunft ihr Potenzial weiter zu untersuchen“, sagte Shen.

Während die Forscher weiterhin die Grenzen von 2D-Materialien überschreiten, markiert diese Entdeckung einen bedeutenden Schritt in Richtung einer Zukunft, in der die Atomdickelektronik Geschwindigkeit, Effizienz und Vielseitigkeit neu definiert.