Sciencemag.cz
Doporučujeme
Drobné defekty v polovodičích zvyšují energetickou náročnost zařízení (odpor, zahřívání). Nový postup nabízí díky slabým interakcím (van der Waalsovým silám) vylepšení parametrů.
Vědci z University of California v Los Angeles popisují v Nature svou novinku následujícím způsobem. Při standardním uspořádání polovodiče mezi dvěma kovovými elektrodami vznikají na úrovni atomů vady – oblasti, kde se elektrony zachycují a materiálem procházejí obtížněji. Tak to alespoň funguje při nejčastějším způsobu výroby elektrod, fyzikální depozici par kovů na křemíku nebo jiném polovodiči. Mezi kovem a křemíkem přitom vznikají klasické (silné) chemické vazby. Jenomže atomy polovodiče a kovu bývají různě velké nebo mají různý tvar, takže struktura na sebe přesně nelícuje a výsledkem jsou právě chyby – mezery, které se navíc mohou šířit i dál do struktury polovodiče. Elektrony pak pro průchod potřebují více energie.
Nově použité slabé van der Waalsovy síly umožňují vázat k sobě i materiály, které k sobě přesně nelícují, atomy se přitom tolik nedotýkají. Slabá interakce stačí udržet pohromadě vrstvy tlusté do zhruba 10 nanometrů – zde je tedy miniaturizace na úroveň atomů nikoliv překážkou, ale výhodou, která umožňuje použít efektivnější technologii.
Ve 30. letech 20. století bylo zformulováno Schottky-Mottovo pravidlo, popisující maximální efektivitu pohybu elektronů přes rozhraní kov-polovodič (parametry jsou výstupní práce elektronu z kovu a elektronová afinita polovodiče). V praxi se však tohoto limitu nepodařilo dosahovat právě kvůli vadám na atomární úrovni. Nyní se ukázalo, že dosažené hodnoty konečně pravidlu odpovídají (lze to chápat i tak, že pravidlo se poprvé podařilo ověřit).
Nová technologie by se mohla uplatnit prakticky všude, kde dnes používáme tranzistory a diody. Autoři výzkumu se zabývají i využitím van der Waalsových sil při aplikacích grafenu a dalších 2D materiálů.
Zdroj: Phys.org a další
Yuan Liu et al. Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0129-8
