اضافه کردن یک اتم کربن ماده ی نیمه هادی دو بعدی را تغییر میدهد

بازدیدها: ۱۰۸

تکنیکی که در آن مولکول های کربن-هیدروژن را درون یک لایه ی اتمی دی سولفید تنگستن نیمه هادی معرفی میکند، خواص الکترونیکی ماده را به شدت تغییر میدهد؛ طبق گفته ی محققان ایالت پن، آنها میتوانند با استفاده از این مواد انواع جدیدی از اجزای دستگاه های فوتوولتائیک تامین انرژی و مدارهای الکترونیکی را تولید کنند.

فو ژانگ، دانشجوی دکترای مهندسی و علم مواد میگوید: ما انواع کربن را درون تک لایه ی ماده ی نیمه هادی با موفقیت معرفی کردیم. قبل از انجام این کار (افزودن کربن)، نیمه هادی رسانای الکترون های نوع n بود. پس از جانشانی اتم های کربن بجای اتم های گوگرد، اثر دوقطبی در ماده ای به ضخامت یک اتم با بوجود آمدن شاخه ای از حفره ی نوع p و شاخه ای از نوع n بسط داده شد. نتیجه ی آن نیمه هادی قطبیده (همزمان حامل الکترون و حفره) میشود.

طبق گفته ی ماریچو ترونزنویسنده ی ارشد و استاد برجسته ی فیزیک، شیمی و مهندسی و علم مواد: این حقیقت که شما میتوانستید خواص را با اضافه کردن مقداری بسیار کمی در حد دو درصد اتمی به شدت تغییر دهید مسئله ی دور از انتظاری بود.

ژانگ ادامه میدهد: هنگامیکه ماده به شدت با کربن داپ شده است، محققان میتوانند یک نوع p منحط با جنبش بسیار بالای حامل ها تولید کنند. ما میتوانیم اتصالات +n+/p/n و +p+/n/p را همراه با خواصی که تا حال برای این نوع نیمه هادی مشاهده نشده بسازیم.

از حیث کاربرد، نیمه هادی ها در دستگاه های مختلفی در صنعت بکار میروند. در مورد موضوع بحث ما، بیشتر کاربرد آن در انواع مختلف ترانزیستورها میباشد. حدود ۱۰۰ تریلیون ترانزیستور در یک لپ تاپ وجود دارد. ترونز میگوید: این ماده ممکن است در کاتالیزوری الکتروشیمیایی نیز کاربرد داشته باشد. شما میتوانید در یک زمان هم رسانایی نیمه هادی را افزایش دهید هم فعالیت کاتالیزوری را بهبود بخشید.

در زمینه ی داپینگ مواد دو بعدی مقالات کمی وجود دارد چراکه نیاز به انجام چندین فرایند همزمان تحت شرایط خاص دارد. تکنیک تیم استفاده از یک پلاسما به منظور کاهش دما تا ۷۵۲ درجه ی فارنهایت است تا در آن متان بتواند ترک خورده و خرد شود. در همین زمان پلاسما باید به اندازه ی کافی قوی باشد تا یک اتم گوگرد را از لایه ی اتمی خارج کرده و یک واحد کربن-هیدروزن را جایگزین آن کند.

سوزان سینوت، استاد و رئیس بخش مهندسی و علم مواد، محاسبات تئوری را فراهم می آورد که تحقیقات تجربی را هدایت میکند. زمانیکه ترونز و ژانگ مشاهده کردند که داپینگ ماده ی دو بعدی خواص الکترونیکی و اپتیکی را تغییر میدهد (چیزی که قبلا دیده نشده بود)، تیم سینوت بهترین اتم برای داپ و همچنین خواص را پیشبینی کردند.

داس، دستیار استاد علم مهندسی و ماشین ها و گروهش انتقال حامل در ترانزیستورهای مختلف را با افزایش مقدار جانشانی کربن اندازه گرفتند. آنها تغییر رسانش را مشاهده کردند تا اینکه بطور کامل نوع رسانش را از منفی به مثبت تغییر دادند. ترونز میگوید: این تحقیق کاری بود که نیاز به محقق در رشته های مختلف داشت.