调整半导体二维合金的成分和性能

  • A+

调整半导体二维合金的成分和性能

半导体二维合金可能是克服现代电子技术限制的关键。尽管二维Si-Ge合金为此目的会具有令人感兴趣的性能,但它们只是在理论上进行了预测。现在,日本科学技术高等研究院的科学家已经实现了首次实验演示。他们还表明,可以调整Si与Ge的比例以微调合金的电子性能,从而为新型应用铺平了道路。

自青铜时代以来,合金(由不同元素或化合物组合而成的材料)在人类的技术发展中起着至关重要的作用。如今,具有相似结构和兼容元素的合金材料是必不可少的,因为它使我们能够微调最终合金的性能,以满足我们的需求。

合金化所提供的多功能性自然地延伸到电子领域。半导体合金是一个活跃的研究领域,因为将需要新的材料来重新设计电子设备(晶体管)的组成部分。在这方面,二维(2-D)半导体合金被视为超越现代电子技术限制的有前途的选择。不幸的是,石墨烯是用于2D材料的碳基海报子,它不容易将其自身合金化,这使它脱离了方程式。

但是,还有一个有吸引力的替代方法:硅。这种材料完全由硅(Si)原子组成,硅原子排列成让人联想到石墨烯的二维蜂窝状结构。如果可以根据需要调整硅的性质,则基于二维硅的纳米电子学的领域将会起飞。尽管从理论上预测将硅与锗(Ge)合金化会产生稳定的2-D结构,且该结构具有可通过Si / Ge比进行调整的特性,但实际上从未实现。

现在,来自日本科学技术高等研究院(JAIST)的一组科学家已通过实验证明了一种生长硅层并用Ge稳定取代部分原子的新方法,从而使他们可以微调其某些电性能。

他们的研究发表在《物理评论材料》上。

首先,科学家通过在硅基板上生长的单硼化二硼化锆(ZrB2)薄膜上,硅晶体的表面偏析形成了二维蜂窝状结构,从而使硅原子表面分离。但是,该硅层不是完全平坦的。所有硅原子中有六分之一比其余硅原子高一点,形成了周期性的凸起或“凸起”。

然后,在超高真空条件下将Ge原子沉积到硅层上。有趣的是,通过显微镜和光谱学进行的理论计算和实验观察都表明,Ge原子只能替代突出的Si原子。通过调节沉积的Ge原子数,可以生产出具有理想Si / Ge比的Si-Ge合金。因此,最终材料的成分将为Si6-xGex,其中x可以是0到1之间的任何数字。

然后,研究小组研究了这种可调节的Si / Ge比对Si-Ge合金电子性能的影响。他们发现其电子能带结构是半导体最重要的特性之一,可以通过控制材料的成分在特定范围内进行调节。该研究的主要作者,来自JAIST的高级讲师Antoine Fleurence对此结果感到兴奋,他说:“硅和锗是半导体工业中常用的元素,我们表明可以对二维Si的能带结构进行设计。 –Ge合金的方式让人联想到用于各种应用的块状(3-D)Si–Ge合金。”

由于多种原因,这项研究的意义很重要。首先,二维材料的终极薄度和柔韧性对于许多应用都具有吸引力,因为这意味着它们可以更轻松地集成到日常生活中的设备中。第二,结果可以为电子学的突破铺平道路。该研究的合著者,JAIST的山田由纪子教授解释说:“半导体化由硅和锗制成的具有原子精确厚度的二维材料,可能会进一步减小电子设备的基本砖的尺寸。基于硅的纳米技术的技术里程碑。”

总的来说,这项研究展示了合金化的一些优点,这种合金化是一种生产比单元素或复合材料更理想的性能的材料的方法。让我们希望半导体2-D合金得到进一步完善,以便它们可以在下一代电子设备中引起关注。


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: