英国皇家墨尔本理工学院(RMIT)的研究人员最近推出了一种超薄半导体材料,这种材料可以用于制造透明电子产品。

熔化的碲和硒混合物滚过表面,形成原子层薄的-碲酸盐薄片。作为一种罕见的“p型”半导体材料,-碲酸盐传输的是被称为空穴的带正电荷的结构。

“这种新的、高迁移率的p型氧化物填补了材料光谱中的一个关键空白,使快速、透明的电路成为可能,”团队领导Torben Daeneke博士说

什么是p型半导体?

在一个简单的导线中,正负电荷从插头的两个端子以相反的方向流动。负电荷只是一个多余的电子,是基本粒子之一。

相比之下,相比之下的带正电荷的构造由缺乏电子来定义。这个净正电荷,称为孔,也可以移动。电子有效地进入孔中,移动正电荷。

n型或负半导体具有更多的电子,并且通常可以比p型半导体快速传输信号;毕竟,移动额外的电子比促进跳跃机制更容易。

RMIT团队的新型P型半导体比现有的P型氧化物半导体快10至一百次。,根据该项目的团队负责人的说法。

“在我们的进展中,缺失的环节是找到正确的、‘积极的’方法,”Daeneke说。

如何制作超薄材料

由于环境空气中的氧气,碲和硒的熔融液滴自然形成β-碲酸盐的薄表面氧化物层。当液滴在表面上滚动时,氧化物层棒以其铺展原子上薄的氧化物片。

在某种程度上,这就像艺术。

RMIT的博士生Patjaree Aukarasereenont说:“这个过程类似于绘画:你用玻璃棒作为笔,液态金属是你的墨水。”

由此产生的超薄片仅测量1.5纳米厚 - 只是几个原子。

“材料在可见光谱上具有高度透明的,具有3.7eV [Electronvolts]的带隙,这意味着它们对人眼基本不可见,”共同作者Ali Ali Zavabeti说。

本文高迁移率p型半导体二维β-TeO2发表在电子性质2021年4月。

在简短的问答中技术简介下面,Daeneke博士解释了他的团队将如何再尝试将材料整合到最新的消费电子设备中。

技术简介是什么激发了你和你的团队尝试超薄的-碲酸盐?用基本术语来说,这种材料有什么特别之处?

Torben博士Daeneke:这项工作实际上受到了一个人的启发曾海波教授发表的理论论文南京理工大学。他们预测碲化物是一种很有前途的宽带隙p型半导体。当我在2018年读到他们的论文时,我认为这种材料对我们来说很容易制造,因为我们刚刚开发了液态金属合成技术。

技术简介:是物质,其实易于制作吗?

Torben博士Daeneke:我们实际上能够在项目中很早地制作材料。然后,我们花了近两年来制造设备,表征它们,并充分分析数据以确认β碲酸盐确实是一种独特的材料,可以以非凡的速度运输带正电的孔。

这种快速性能的原因是碲是在周期表的独特地方。作为半金属,它实际上可以表现为金属或非金属。在我们的情况下,我们使用金属性质,但由于它与氧气相同的组,因此发生了独特的效果,从而导致围绕材料中各个原子的电子云的有益形状。在最终的碲似乎只是在周期表的正确位置。

RMIT团队从左起,Ali Zavabeti, Patjaree Aukarasereenont和Torben Daeneke使用这种透明材料。

技术简介:“该过程类似于绘图:您使用玻璃棒作为笔,液态金属是您的墨水,”你的一个同事说。这种过程有多难,以这种方式创造材料?这似乎具有挑战性。

Torben博士Daeneke:这个过程实际上很容易。超薄材料在熔融金属上生长在液滴上。当我们在衬底上绘制液体时,这些薄片粘在表面上并保持在那里。该过程确实类似于使用墨水分子在纸上沉积的笔。但是,由于我们的液态金属墨水中使用的硒非常有毒,因此您不应该在没有适当的安全预防措施的情况下进行。当我们说话时,这是我们正在努力的事情。最终,我们希望用更有毒性的替代品取代硒。

碲和硒的熔融混合物在表面沉积物上滚动着原子薄的β-碲酸盐片

技术简介一旦你有了材料,然后需要采取什么步骤将其集成到电子产品中?

Torben博士Daeneke:此时我们仍然使用小碲氧化片。这使我们允许我们创建测试晶体管并启用材料表征。要将物料完全集成到电子设备中,我们需要制作更大的床单并应用基于常规的基于光刻的制造步骤来制造集成电路。这是可能的,我们正在努力。

技术简介这个研究的下一步是什么?

Torben博士Daeneke我们现在正在升级合成,并期待将这种材料整合到实际的设备中。最终,我们希望在半导体行业找到对这种材料感兴趣并希望将其推向市场的合作伙伴。

技术简介为什么透明电子产品如此重要?在你看来,最令人兴奋的应用是什么?

Torben博士Daeneke:透明半导体有许多应用。最明显的一个是创造可以集成到窗口或显示器的透明电子设备。这将从本质上带来新的消费产品,并使一些我们只能从科幻电影如《星际迷航》中知道的技术成为可能。其他的概念包括智能隐形眼镜,它既可以用作小工具,也可以用来帮助视力受损的人。更直接的应用将包括使用我们的材料在显示技术,光电和led。所有这些产品都需要高性能、透明的p型半导体作为中间层,以提高性能、提高效率和降低功耗。

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