在美國(guó)能源部能源科學(xué)辦公室的支持下，美國(guó)紐約大學(xué)（NYU）Tandon工程學(xué)院教授Elisa Riedo帶領(lǐng)一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，展示了一種基于熱掃描探針光刻技術(shù)（t-SPL）的新型方法，在過(guò)渡金屬二氫化鉬（MoS2）的單原子層上制造最先進(jìn)的p-n結(jié)。名為《MoS2中雙極導(dǎo)電性的空間缺陷納米工程》的研究成果發(fā)表在《自然通信》上。
圖解：掃描探針的尖端，通過(guò)流動(dòng)電流（I）加熱，在二維半導(dǎo)體MoS2上進(jìn)行“草圖刻蝕”（Etch-a-Sketching），在這個(gè)0.65nm厚的原子層上實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的p-n納米結(jié)。
研究背景
任何手機(jī)、電腦、電子設(shè)備，甚至太陽(yáng)能電池，都是由二極管組成。二維半導(dǎo)體新材料只有一個(gè)原子厚，在電子和光電子行業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中都展現(xiàn)出光明前景。但二維材料在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一大障礙，是二極管的核心組成—“p-n結(jié)”的可微縮性和堅(jiān)固性的納米制造難題尚未解決。
研究團(tuán)隊(duì)
包括來(lái)自紐約市立大學(xué)（CUNY）、米蘭理工大學(xué)（Politecnico di Milano）、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois Urbana-Champaign）、賓夕法尼亞大學(xué)（University of Pennsylvania）和意大利國(guó)家研究委員會(huì)（CNR）的研究人員。
研究進(jìn)展
為了產(chǎn)生“p-n結(jié)”，需要對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。紐約大學(xué)Tandon電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Riedo和Davood Shahrjerdy表明，通過(guò)將t-SPL與缺陷納米工程相結(jié)合，有可能獲得MoS2的納米級(jí)分辨率雙極摻雜，產(chǎn)生n型和p型傳導(dǎo)，可以很容易地?cái)U(kuò)展到其他二維半導(dǎo)體。
作為研究的一部分，該團(tuán)隊(duì)使用加熱到200攝氏度以上的探針，將t-SPL與流通式反應(yīng)氣室整合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單層MoS2中缺陷的局部熱激活的獨(dú)特納米級(jí)控制。根據(jù)局部加熱過(guò)程中使用的氣體，缺陷模式可以按需產(chǎn)生p型或n型電導(dǎo)率。通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜、透射電子顯微鏡和密度函數(shù)理論，在分子水平上闡明了摻雜和缺陷形成機(jī)制。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
Riedo說(shuō)：“在之前的研究中，我們表明t-SPL在MoS2上制造金屬電極的性能優(yōu)于電子束光刻和其他標(biāo)準(zhǔn)方法，由于t-SPL不需要標(biāo)記或真空，這一進(jìn)步也可以降低制造成本。”隨著這次在二維半導(dǎo)體雙極摻雜方面的連續(xù)成功，t-SPL現(xiàn)在能夠同時(shí)提供摻雜物圖案和芯片制造，這將迅速推動(dòng)材料科學(xué)和芯片設(shè)計(jì)的發(fā)展。來(lái)自蘇黎世IBM公司的Armin Knoll說(shuō)：“很高興看到t-SPL技術(shù)如何利用二維材料制造功能晶體管器件，包括控制摻雜水平”。他和Riedo是t-SPL的先驅(qū)之一。
https://techxplore.com/news/2020-07-etch-a-sketch-critical-p-n-nano-junctions-d.html
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