Tweestapsmethode maakt de groei van de Epitaxy-groei van de WS₂ mogelijk

In een studie gepubliceerd in Journal of the American Chemical Societyeen team onder leiding van Prof. Song Li van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Sciences Synthesized Monolayer WS₂ Laterale homojuncties via in situ domein engineering, en maakte de groei van Direct Chemical Vapor Deposition (CVD) van deze structuren mogelijk.

Tweedimensionale (2D) overgangsmetaaldichalcogeniden zijn ideale kandidaten om op silicium gebaseerde halfgeleiders te vervangen vanwege hun uitzonderlijke elektrische eigenschappen op atomaire schalen. Apparaattoepassingen vereisen echter heterogeen veldeffectmodulatiegedrag over laagdimensionale eenheden. Van der Waals-interacties of laterale atoombinding maken schadevrije integratie mogelijk in homojuncties/heterojuncties, maar de directe groei van epitaxie blijft uitdagend vanwege strikte atoomsoortenbeperkingen.

In deze studie bepaalden onderzoekers eerst optimale intrinsieke defectconfiguraties door theoretische simulaties. Vervolgens gebruikten ze een tweestaps CVD-methode om de in situ modulatie van defectstructuren op domeinniveau te bereiken, wat homojuncties opleverde met op maat gemaakte defectarchitecturen.

In de eerste stap werden twee soorten domeinen in zeshoekige monsters gecreëerd onder evenwichtsgroeiomstandigheden. In de tweede stap, om aan de apparaatvereisten te voldoen, werden de atomaire configuraties van specifieke domeinen in situ gemanipuleerd om de bandstructuren van homojuncties te ontwikkelen.

Het is vermeldenswaard dat om het groeiproces van het epitaxie te beheersen, onderzoekers de voorlopers van de voorlopers van wolfraamtrioxide en zwavel tot een evenwichtstoestand manipuleerden, waardoor de groeisnelheid van de S-Zigzag-randen gelijk kon zijn aan die van de W-Zigzag-randen.

De gesynthetiseerde WS₂ Homojuncties vertoonden verschillende veldeffectkenmerken met behoud van atomaire rooster matching en aangepaste banduitlijning op interfaces. Logica-omvormers op basis van deze structuren demonstreerden rail-to-rail werking met een piekspanningsversterking van 12, dynamische vertraging van ~ 135 μs en ultralow stroomverbruik van 1,3 NW.

De studie biedt een nieuw perspectief op in-situ engineering van zowel defectconfiguraties als distributies in atomaire lagen, en een uitgebreider begrip van het 2D-landschap.