Les semi-conducteurs 2D atomiquement minces ont attiré l'attention pour leurs propriétés physiques supérieures par rapport aux semi-conducteurs en silicium; néanmoins, ce ne sont pas les matériaux les plus attrayants en raison de leur instabilité structurelle et de leur processus de fabrication coûteux. Pour faire la lumière sur ces limites, une équipe de recherche KAIST a suspendu un semi-conducteur 2D sur une nanostructure en forme de dôme pour produire un semi-conducteur hautement efficace à faible coût.

Les matériaux semi-conducteurs 2-D sont devenus des alternatives aux semi-conducteurs à base de silicium en raison de leur flexibilité inhérente, haute transparence, et d'excellentes propriétés de transport de transporteur, qui sont les caractéristiques importantes pour l'électronique flexible.

Malgré leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles, ils sont hypersensibles à leur environnement en raison de leur nature extrêmement mince. D'où, toute irrégularité dans la surface de support peut affecter les propriétés des semi-conducteurs 2D et rendre plus difficile la production de dispositifs fiables et performants. En particulier, il peut en résulter une grave dégradation de la mobilité des porteurs de charge ou du rendement d'émission lumineuse.

Pour résoudre ce problème, il y a eu des efforts continus pour bloquer fondamentalement les effets de substrat. Une façon consiste à suspendre un semi-conducteur 2-D; cependant, cette méthode dégradera la durabilité mécanique en raison de l'absence d'un support sous les matériaux semi-conducteurs 2-D.

Le professeur Yeon Sik Jung du Département de science et d'ingénierie des matériaux et son équipe ont proposé une nouvelle stratégie basée sur l'insertion de motifs topographiques à haute densité en tant que support contenant des nanogap entre les matériaux 2D et le substrat afin d'atténuer leur contact et pour bloquer les effets indésirables induits par le substrat.

Plus de 90 % du support en forme de dôme est simplement un espace vide en raison de sa taille à l'échelle nanométrique. Placer un semi-conducteur 2D sur cette structure crée un effet similaire à la lévitation de la couche. D'où, cette méthode sécurise la durabilité mécanique du dispositif tout en minimisant les effets indésirables du substrat. En appliquant cette méthode au semi-conducteur 2-D, la mobilité des porteurs de charge a été plus que doublée, montrant une amélioration significative des performances du semi-conducteur 2-D.

En outre, l'équipe a réduit le prix de fabrication du semi-conducteur. En général, la construction d'une structure de dôme ultrafine sur une surface implique généralement un équipement coûteux pour créer des motifs individuels sur la surface. Cependant, l'équipe a utilisé une méthode d'auto-assemblage de nanomodèles dans laquelle les molécules s'assemblent pour former une nanostructure. Cette méthode a permis de réduire les coûts de production et a montré une bonne compatibilité avec les procédés de fabrication de semi-conducteurs conventionnels.

Le professeur Jung a dit :"Cette recherche peut être appliquée pour améliorer les dispositifs utilisant divers matériaux semi-conducteurs 2D ainsi que des dispositifs utilisant du graphène, un matériau 2-D métallique. Il sera utile dans un large éventail d'applications, comme le matériau des canaux des transistors à grande vitesse pour les écrans flexibles de nouvelle génération ou pour la couche active des détecteurs de lumière. »