Le graphique affiche la croissance de ZnO sur la couche de graphène, se compose d'hexagones interconnectés d'atomes de carbone. Atome de zinc représenté par des sphères rouges, atome d'oxygène sous forme de sphères vertes. Crédit :UNIST
Une nouvelle étude, affilié à UNIST a introduit une nouvelle méthode de fabrication du semi-conducteur d'oxyde le plus fin au monde qui n'a qu'un atome d'épaisseur. Cela peut ouvrir de nouvelles possibilités pour les minces, transparent, et appareils électroniques flexibles, tels que les capteurs ultra-petits.
Ce nouveau semi-conducteur à oxyde ultra-mince a été créé par une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Zonghoon Lee de la science et de l'ingénierie des matériaux à l'UNIST. Dans l'étude, Le professeur Lee a réussi à démontrer la formation d'un semi-conducteur bidimensionnel à base d'oxyde de zinc (ZnO) d'une épaisseur d'un atome.
Ce matériau est formé en faisant croître directement une couche de ZnO d'un seul atome d'épaisseur sur du graphène, en utilisant le dépôt par couche atomique. C'est également la couche hétéroépitaxiale la plus mince d'oxyde semi-conducteur sur du graphène monocouche.
"Souple, les appareils hautes performances sont indispensables pour l'électronique portable conventionnelle, qui ont récemment attiré l'attention, " dit le professeur Lee. " Avec ce nouveau matériel, nous pouvons réaliser des appareils flexibles vraiment hautes performances."
La technologie des semi-conducteurs évolue continuellement vers des tailles de caractéristiques plus petites et une plus grande efficacité opérationnelle et les semi-conducteurs au silicium existants semblent également suivre cette tendance. Cependant, à mesure que le processus de fabrication s'affine, la performance devient un problème très critique et il y a eu beaucoup de recherches sur les semi-conducteurs de nouvelle génération, qui peut remplacer le silicium.
Croissance latérale de la monocouche de ZnO le long des bords en zigzag. Crédit :UNIST
Le graphène a des propriétés de conductivité supérieures, mais il ne peut pas être directement utilisé comme alternative au silicium dans l'électronique des semi-conducteurs car il n'a pas de bande interdite. Une bande interdite donne à un matériau la capacité de démarrer et d'arrêter le flux d'électrons qui transportent l'électricité. Dans le graphène, cependant, les électrons se déplacent aléatoirement à une vitesse constante quelle que soit leur énergie et ils ne peuvent pas être arrêtés.
Pour résoudre cela, l'équipe de recherche a décidé de démontrer la croissance atome par atome du zinc et de l'oxygène au bord préférentiel en zigzag d'une monocouche de ZnO sur du graphène par observation in situ. Puis, ils déterminent expérimentalement que la monocouche de ZnO la plus mince a une large bande interdite (jusqu'à 4,0 eV), en raison du confinement quantique et de la structure "hyper-nid d'abeilles" de type graphène, et une transparence optique élevée.
Les semi-conducteurs d'oxyde existants ont une bande interdite relativement importante dans la gamme de 2,9 à 3,5 eV. Plus l'énergie de la bande interdite est élevée, plus le courant de fuite et l'excès de bruit sont faibles.
"C'est la première fois que l'on observe réellement la formation in situ de la structure hexagonale du ZnO, " dit Hyo-Ki Hong de la science et de l'ingénierie des matériaux, premier auteur de l'article. « Grâce à ce processus, nous pouvions comprendre le processus et le principe de la production de semi-conducteurs 2D ZnO."
« La pile hétéroépitaxiale des semi-conducteurs d'oxyde 2D les plus minces sur le graphène a un potentiel pour de futures applications de dispositifs optoélectroniques associées à une transparence et à une flexibilité optiques élevées, " explique le professeur Lee. " Cette étude peut conduire à une nouvelle classe d'hétérostructures 2D comprenant des oxydes semi-conducteurs formés par croissance épitaxiale hautement contrôlée via une voie de dépôt. "
