Poussé par les désirs toujours croissants du marché de la consommation pour les plus petits, des appareils plus légers et plus intelligents, la taille des appareils électroniques grand public tels que les smartphones, tablettes et ordinateurs portables, n'ont cessé de diminuer tout en devenant plus puissants en termes de performances au fil des ans.

Rendre ces appareils plus petits, cependant, vient à un prix. En raison de la prédominance d'effets quantiques bizarres dans les puces semi-conductrices ultracompactes, les transistors à effet de champ (FET) - les commutateurs électriques qui forment l'épine dorsale des processeurs informatiques et des puces de mémoire - cessent de se comporter de manière contrôlable. Architectures d'appareils sophistiquées, tels que FinFET et Gate-All-Around FET, doit être utilisé afin de continuer à réduire la taille des appareils électroniques.

Les semi-conducteurs bidimensionnels (2D) ont été salués comme une nouvelle option pour l'électronique informatique ultracompacte de nouvelle génération. Comme leur corps ultra-mince n'a généralement que quelques atomes d'épaisseur, les opérations de commutation électrique peuvent être contrôlées efficacement sans impliquer des architectures de dispositifs sophistiquées lorsqu'elles sont transformées en FET.

En 2016, le Forum économique mondial a nommé le matériau 2-D comme l'une des 10 premières technologies émergentes pour l'électronique du futur. Encore en 2018, Le graphène, un matériau 2D aux propriétés exceptionnelles, a été présenté au Forum économique mondial comme l'un des matériaux plasmoniques clés pour révolutionner la technologie des capteurs.

Lors de la fabrication d'un transistor, le semi-conducteur 2-D doit être électriquement contacté par deux morceaux de métaux appelés source et drain. De tels processus, cependant, crée une résistance électrique trop importante, communément appelée résistance de contact, à la source et vidanger les composants. Une résistance de contact élevée peut dégrader les performances du transistor et générer une quantité substantielle de chaleur dans le dispositif.

Ces effets indésirables peuvent fortement limiter le potentiel des matériaux 2D dans l'industrie des semi-conducteurs. La recherche d'un métal qui ne produit pas une grande résistance de contact lorsqu'il est lié à des semi-conducteurs 2-D reste une quête en cours jusqu'à présent.

Rapports dans Examen physique appliqué , une équipe de recherche dirigée par l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) a découvert une nouvelle stratégie pour résoudre le problème de résistance de contact dans les semi-conducteurs 2D. En effectuant une simulation informatique de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) à la pointe de la technologie, l'équipe de recherche SUTD a découvert qu'un film ultrafin de Na 3 Bi - un semi-métal topologique récemment découvert dont la nature conductrice est protégée par sa symétrie cristalline - avec seulement deux couches atomiques peut être utilisé comme contact métallique pour les semi-conducteurs 2D avec une résistance de contact ultra-faible.

"Nous avons constaté que la hauteur de la barrière Schottky formée entre Na 3 Le semi-conducteur Bi et 2-D est l'un des plus bas parmi de nombreux métaux couramment utilisés par l'industrie, " a déclaré le Dr Yee Sin Ang, l'un des principaux scientifiques de l'équipe de recherche SUTD.

Tout simplement, la barrière Schottky est une fine couche isolante formée entre le métal et le semi-conducteur. La hauteur de la barrière Schottky influence de manière cruciale la résistance de contact. Une petite hauteur de barrière Schottky est souhaitable pour obtenir une faible résistance de contact.

La découverte que la barrière Schottky formée entre Na 3 Bi et deux semi-conducteurs 2D couramment étudiés, MoS 2 et WS 2 , est nettement inférieur à de nombreux métaux couramment utilisés, comme l'or, cuivre et palladium, révèle la force des films minces semi-métalliques topologiques pour la conception de dispositifs semi-conducteurs 2-D écoénergétiques avec une résistance de contact minimale.

" Surtout, nous avons constaté que lorsque les semi-conducteurs 2-D sont contactés par Na 3 B, les propriétés électroniques intrinsèques du semi-conducteur 2-D sont conservées, " a déclaré le Dr Liemao Cao, l'expert DFT de l'équipe de recherche SUTD.

Les semi-conducteurs 2-D peuvent « fusionner » avec un métal en contact et se métalliser. Les semi-conducteurs 2-D métallisés perdent leurs propriétés électriques d'origine qui sont indispensables pour les applications électroniques et optoélectroniques. L'équipe de recherche a constaté que Na 3 Le film bi mince ne métallise pas les semi-conducteurs 2-D. Utiliser Na 3 Une couche mince bi en tant que contact métallique avec un semi-conducteur 2D peut donc être très bénéfique pour les applications de dispositifs, comme les photodétecteurs, cellules solaires, et transistors.

« Notre concept pionnier qui met en synergie matériaux 2D et matériaux topologiques offrira une nouvelle voie vers la conception d'appareils électroniques économes en énergie, ce qui est particulièrement important pour réduire l'empreinte énergétique des systèmes informatiques avancés, comme l'internet des objets et l'intelligence artificielle, " a commenté le professeur Ricky L. K. Ang, le chercheur principal de l'équipe de recherche, et le chef de la science, Pôle Mathématiques et Technologie à SUTD.