2D-изоляция раскрывает потенциал двумерного полупроводника

В 2013 г. Джейм Хоун (James Hone) из Инженерной школы Колумбийского университета (Columbia Engineering) вместе с коллегами продемонстрировал, что производительность графена можно значительно улучшить, поместив его между слоями двумерного нитрида бора (BN). При этом мобильность электронов в графене возрастает в 50 раз.

В новой работе, опубликованной веб-сайтом издания Nature Nanotechnology на этой неделе в рубрике Advance Online Publication, международная группа, включающая ученых из Columbia Engineering, Гарварда, Университета Миннесоты, Корнелльского университета, корейского Университета Ёнсэй, Датского технического университета, японского Национального института материаловедения, показали, что характеристики еще одного 2D-материала, дисульфида молибдена, можно аналогичным образом улучшить с помощью BN-энкапсуляции.

«Мы хотели посмотреть, что можно сделать с MoS₂ — самым хорошо изученным 2D-полупроводником, который, в отличие от графена, может использоваться для изготовления транзисторов», — рассказывает главный автор статьи, доцент материаловедения в Ёнсэе, Гван Хюн Ли (Gwan-Hyoung Lee).

Прежде, устройства из дисульфида молибдена, размещавшиеся на подложках из диоксида кремния, демонстрировали мобильность ниже той, что прогнозировалась теорией. Эта характеристика варьировалась от образца к образцу, и оставалась плохой до охлаждения до низких температур, что говорило о неупорядоченности материала. Исследователи не знали, что является причиной возникновения такой неупорядоченности — материал подложки или дефекты структуры самого дисульфида молибдена.

Коллектив под руководством Хоуна создал многослойные гетероструктуры из MoS₂, энкапсулированного в BN, с небольшими графеновыми фрагментами, действующими как электрические контакты. Ученые обнаружили, что мобильность при комнатной температуре улучшилась вдвое и приблизилась к теоретическому пределу. При сильном охлаждении мобильность возрастала в 5–50 раз в зависимости от количества атомных слоев. Такие образцы с высокой мобильностью показали сильные колебания сопротивления с магнитным полем — эффект, ранее не наблюдавшийся в 2D-полупроводниках.

Проанализировав квантовые осцилляции, команда смогла с определенностью заявить, что главным источником неупорядоченности остается загрязнение интерфейсов — вывод, свидетельствующий о возможности решения этой проблемы.

«Эта работа мотивирует нас к дальнейшему совершенствованию технологий сборки устройств, так как предел для данного материала еще не достигнут, — заявил Хоун. — С дальнейшим прогрессом мы рассчитываем позиционировать 2D-полупроводники как новое семейство материалов для электроники, соперничающих по производительности с традиционными кремниевыми гетероструктурами, но создаваемых с помощью липкой ленты вместо дорогих систем с высоким вакуумом».

Kingston повертається у «вищу лігу» серверних NVMe SSD