В исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, группа под руководством профессора Сонга Ли из Университета науки и технологий Китая (USTC) Китайской академии наук синтезировала однослойные гомопереходы WS₂ с помощью инженерии доменов in situ и обеспечила контролируемый прямой рост этих структур методом химического осаждения из газовой фазы (CVD).
Двумерные дихалькогениды переходных металлов — идеальные кандидаты для замены полупроводников на основе кремния из-за их исключительных электрических свойств на атомном уровне. Однако для применения в устройствах требуется гетерогенная модуляция полевого эффекта в низкоразмерных элементах. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия или боковые атомные связи позволяют интегрировать их без повреждений в гомопереходы/гетеропереходы, но прямой эпитаксиальный рост остаётся сложной задачей из-за строгих ограничений по атомным компонентам.
В этом исследовании учёные сначала определили оптимальные конфигурации внутренних дефектов с помощью теоретического моделирования. Затем они использовали двухступенчатый метод CVD для достижения in situ модуляции дефектных структур на уровне доменов, получая гомопереходы с индивидуальными дефектными архитектурами.
На первом этапе были созданы два типа доменов в гексагональных образцах в условиях равновесного роста. На втором этапе, чтобы соответствовать требованиям устройства, атомные конфигурации определённых доменов были in situ изменены для проектирования зонных структур гомопереходов.
Стоит отметить, что для контроля процесса эпитаксиального роста исследователи манипулировали скоростью подачи прекурсоров триоксида вольфрама и серы до состояния равновесия, что позволило уравнять скорость роста S-зигзагообразных краёв и W-зигзагообразных краёв.
Синтезированные гомопереходы WS₂ продемонстрировали отличные характеристики полевого эффекта, сохраняя при этом соответствие атомной решётки и индивидуальную настройку выравнивания зон на границах раздела. Логические инверторы, основанные на этих структурах, продемонстрировали работу от шины к шине с пиковым усилением напряжения в 12, динамической задержкой около 135 мкс и сверхнизким энергопотреблением в 1,3 нВт.
Исследование открывает новый взгляд на in situ проектирование как конфигураций дефектов, так и их распределения в атомных слоях, а также даёт более полное понимание двумерного ландшафта.
Предоставлено:
* [Университет науки и технологий Китая](https://phys.org/partners/university-of-science-and-technology-of-china/)
* [University of Science and Technology of China](https://en.ustc.edu.cn/)