新型P-N接面!半導體材料重大突破

【本刊訊】由前中研院研究員、現任阿卜杜拉國王科技大學教授李連忠所組成跨國研究團隊,發展出單層二硫化鉬及單層二硒化鎢的新型P-N接面,可望解決半導體元件製備的關鍵問題,未來可廣泛應用於極度微小化的電子元件。研究成果刊登於Science期刊。

P-N接面是N型半導體與P型半導體兩者相連之接觸面,為半導體電子元件中的最基本單元。二硫化鉬是繼石墨烯之後,受國際科學家關注的層狀材料,單層的二硫化鉬具有良好發光效率,以及極佳的電子遷移率(可快速反應)與高開關比(電晶體較穩定)。

論文第一作者、中研院應用科學中心博士後研究員李明洋博士表示,一般的電子與光電元件,如電晶體、二極體、半導體雷射、光偵測器等都含有三維的P-N接面,經過數十年的研究發展,目前已廣泛應用於日常生活中,包括LED照明、醫學、3C產品等。但是更低維度的二維單原子層的新型P-N接面則遲遲未有進展,這項研究首次報導如何有效控制二維接面的成長,不僅提供科學家新的基礎研究平臺,輕薄透明的特性,極有潛力能應用於未來低耗能軟性電子與穿戴式電子元件中。

李連忠於2012年利用化學氣相沈積法製備出高品質二硫化鉬單層單晶,該成果確認了化學氣相沈積法技術的可靠性,並為二硫化鉬及相關的無機二維材料電子學研究及應用奠定了材料基礎,被公認為是繼石墨烯之後,二維材料領域的重大突破,將有助於二硫化鉬等材料未來應用於2奈米半導體製程技術之中。本計畫是一跨國大規模合作計畫,成員包括我國、沙烏地阿拉伯、日本。

研究團隊表示,他們耗費半年的時間,成功將單層二硫化鉬及單層二硒化鎢兩種材料接起來,兩種材料不會互相干擾,在體積及厚度上都較現行的P-N接面小且薄,克服半導體製程的技術。

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