一组研究人员橡树岭国家实验室，能源部已将新的合成过程与标准电子束光刻方法整合在一起，以在纳米厚度的半导体晶体中以随机模式创建复杂且可扩展的半导体异缘。这个独特的过程取决于将单层晶体的图案化区域转换为另一层晶体。该研究已发表在《自然通讯》中。
半导体异质界的复杂，可扩展的阵列（未来电子产品的构成块）在二维晶体晶体单层中形成了脱氧化钼的单层，该单层是通过使用脉冲激光沉积的硫化激光沉积物将光刻暴露于光刻的暴露于硫化的区域转换为硫化钼的。如拉曼光谱映射（底部）所示，硫原子（绿色）取代了光刻暴露区域（顶部）中的硒原子（红色）。图片来源：美国能源部橡树岭国家实验室
晶体管是启用微芯片设备的电子构建块，例如计算机和智能手机。这些晶体管是通过整合金属，半导体和绝缘子来开发的。当前的晶体管很小，仅测量10nm宽，是由3D晶体产生的。但是，一项新型技术利用了仅测量厚度1NM的2D晶体，以使电子设备非常薄。
为此，全球的研究人员正在测试由标准分层材料生产的2D晶体，以限制在二维内的电子运输。亚博网站下载科学家最近发现了几种用画石墨烯（一种单层碳原子）进入带有相同氮化硼层隔离的带状线的方法。但是，迄今为止，尚未开发合成和加工技术，用于在纳米厚层内两种类型的半导体之间在图案上进行图案的杂点，以产生晶体管。
在最新技术中，研究团队最初合成了米丁氏钼晶体的纳米厚层在合适的底物上，然后使用传统的光刻方法来沉积硅氧化硅的保护模式。接下来，用激光产生的硫原子束轰击了晶体的暴露区域。晶体中的硒原子被这些硫原子取代，从而形成二硫化钼，其晶体结构相似。两种半导体晶体都构成了尖锐的连接，这是超薄电子产品的首选构件。
我们可以从字面上做出我们想要的任何模式。
Masoud Mahjouri-Samani，共同研究研究
Geohegan是Ornl的负责人纳米材料亚博网站下载中心的合成和功能组装组纳米相亚博网站下载材料科学亚博老虎机网登录以及能源部基础科学系的首席研究员，致力于控制的综合和增长机制纳米材料亚博网站下载。
Mahjouri-Samani表示，可以同时生产无数包含许多模式的2D构建块。该研究将考虑在纸的顶部和底部开发不同类型的模式，甚至具有不同模式的分层。
开发可扩展的，易于实现的过程，以在画面上进行图案，并在二维晶体内易于形成横向半导体的异质结，满足了对“构建块”的关键需求，以启用下一代超薄设备的应用程序，用于从柔性消费者电子设备到太阳能的应用程序。
Geohegan
Mahjouri-Samani说：“我们选择了硫的脉冲激光沉积，因为它的数字控制使您可以超越表面材料的通量。”“您基本上可以制作任何类型的中间合金。您可以用硫代替20％的硒，即30％或50％。”
Geohegan补充说：“脉冲激光沉积还可以调节硫原子的动能，从而使您可以探索更广泛的加工条件。”
如果正确控制晶体中硒的硫量，则可以相应地调节半导体的带隙，这是建立光学和电子特性的关键特征。为了制造电致发光显示器和其他光电设备，微芯片制造剂组合具有不同带盖的半导体，例如二硫化钼的带隙均高于钼的带量。
当将电压施加到两个半导体的晶体上时，孔和电子都会从二硫化钼转移到二苯胺中，然后再次组合以在米其化的米其化diselenide的带隙处产生光。由于这一方面，可以通过制造单层系统的带镜来产生多色光。Mahjouri-Samani补充说，这种方法还将允许其他应用（例如传感器和晶体管）。
该研究小组计划查看其脉冲激光蒸发和转化技术是否同样与原子（硒和硫原子）一起使用。
我们正在尝试在2D平面中制造更复杂的系统 - 综合成分，放置在不同的构件中 - 因为在一天结束时，完整的工作设备需要不同的半导体，金属和绝缘子。
mahjouri-samani
In order to gain a better insight into the process of changing a single, nanometer-thick crystal into another crystal, the team applied ORNL’s powerful electron microscopy, particularly atomic-resolution Z-contrast scanning transmission electron microscopy developed at the lab and can now be accessed by researchers across the globe through the Center for Nanophase Materials Sciences.
来访的科学家莱昂纳多·巴西勒（Leonardo Basile）和电子显微镜医生安德鲁·卢皮尼（Andrew Lupini）使用这种方法来捕获二硫化钼和脱酰丁氏菌群晶体测量纳米厚的原子中单独的原子列的六边形布置。
我们可以通过图像中的强度直接区分硫和硒原子。这些图像和电子能量损失光谱使团队能够以原子精度表征半导体异质结。
卢皮尼
该论文的标题为“单层二维半导体内的侧向异质界的图案阵列”。美国能源部，科学办公室资助了这项研究亚博老虎机网登录
该研究的一部分是在ORNL科学用户设施的纳米相材料科学中心进行的。亚博网站下载亚博老虎机网登录厄瓜多尔高等教育，科学，技术和创新的国家秘书处支持巴西勒的研究。亚博老虎机网登录
参考