2차원 반도체

Two-dimensional semiconductor

2차원 반도체(2D 반도체라고도 함)는 원자 눈금의 두께를 가진 천연 반도체의 한 종류입니다.Geim과 Novoselov 등은 2004년 2D 벌집 [1]격자로 배열된 탄소 원자의 편평한 단분자층인 새로운 반도체 물질 그래핀을 보고하면서 이 분야를 시작했다.2D 단층 반도체는 기존의 벌크 형태보다 더 강력한 압전 결합을 나타내기 때문에 중요합니다.이 커플링을 통해 [2]응용 프로그램이 활성화될 수 있습니다.하나의 연구는 그래핀을 전기 도체로, 육각형 질화 붕소를 전기 절연체로, 전이 금속 디칼코게니드를 [3][4]반도체로 사용하여 나노 전자 부품을 설계하는 데 초점을 맞추고 있다.

자재

단층 그래핀

그래핀

주요 기사: 그래핀

그래핀은 탄소 원자의 단일 판으로 구성돼 있어 전자 이동성이 높고 열전도율이 높다.그래핀의 한 가지 문제는 밴드갭이 없다는 것인데, 이는 특히 전계효과 트랜지스터(FET)[3]를 끌 수 없기 때문에 디지털 전자제품에 문제가 된다.다른 IV족 원소(Si, Ge 및 Sn)의 나노시트는 그래핀과 [5]유사한 구조적 및 전자적 특성을 나타냅니다.

h-BN의 적층 구조

육각형 질화 붕소

단층 육각형 질화붕소(h-BN)는 높은 에너지 간격(5.97eV)[6]을 가진 절연체입니다.하지만 지그재그 형태의 날카로운 모서리와 공극으로 전도성이 향상된 반도체로도 기능할 수 있다.h-BN은 단열성 때문에 종종 기판이나 장벽으로 사용된다. 또한 h-BN은 열전도성이 크다.

MoS2 층상구조, Mo는 녹색, S는 노란색

전이 금속 디칼코게나이드

주요 기사:전이 금속 디칼코게니드 단분자층

전이금속 디칼코게니드 단분자층(TMD 또는 TMDCs)은 화학식2 MX를 갖는 2차원 물질의 한 종류이며, 여기서 M은 그룹 VI, V, VI의 전이금속, X는 유황, 셀레늄, [7]텔루륨 등의 카르코겐을 나타낸다.MoS2, MoS2, MoTe2, WS2 및 WSe는2 TMDC입니다.TMDC는 그림 1과 같이 2개의 칼코겐 원자의 평면 사이에 금속 원자의 평면을 가진 층상 구조를 가지고 있습니다.각 층은 평면에서는 강하게 결합되지만 중간층에서는 약하게 결합됩니다.따라서 다양한 방법으로 TMDC를 원자적으로 얇은 층으로 쉽게 박리할 수 있다.TMDC는 층에 의존하는 광학 및 전기적 특성을 보여줍니다.단층층으로 각질화되면 여러 TMDC의 밴드 갭이 간접에서 [8]직접로 변화하여 나노일렉트로닉스,[3] 광전자 [9][10]및 양자컴퓨팅 [11]분야에서 광범위하게 응용될 수 있습니다.

III-IV 카르코게니드

2D 반도체의 또 다른 등급은 III-IV 카르코게니드입니다.이러한 재료의 화학식은 MX입니다. 여기서 M은 그룹 13(Ga, In)의 금속이고 X는 카르코겐 원자(S, Se, Te)입니다.이 그룹의 대표적인 구성원은 InSe와 GaSe로, 둘 다 다양한 전자 애플리케이션에 [12][13]적합한 높은 전자 모바일 기능과 밴드 갭을 보여 왔습니다.

합성

MoS2 합성을 위한 CVD 설정

2D 반도체 재료는 종종 화학 증착(CVD) 방법을 사용하여 합성됩니다.CVD는 2D 반도체 재료의 대규모, 고품질 및 제어된 적층 성장을 제공할 수 있기 때문에 2차원 헤테로 [14]접합을 합성할 수도 있습니다.서로 다른 2D 재료를 쌓아 장치를 만들 때 기계적 박리 후 전사하는 방식이 자주 사용됩니다.[4][7]다른 가능한 합성 방법으로는 화학 박리, 열수 합성, 열분해 등이 있다.2008년 CdSe 준2D 혈소판은 여러 원자층의 두께와 수십 나노미터의 [15]가로 크기를 가진 콜로이드 방식으로 처음 합성되었습니다.다른 구성(CdTe,[16] HgSe,[17] CdSeSx1−x 합금,[18] 코어/셸[19], 코어/크라운 헤테로 구조 등) 및 형상(스크롤,[21] 나노리본 [22]등)을 가진 다른 나노 입자를 얻을 수 있는 절차의 수정.

제안 어플리케이션

제안되는 TMDC 기반의 고전자 이동성 트랜지스터 소자([23]톱 게이트 쇼트키 접점 및 도핑 레벨이 다른 TMDC 층).

일부 용도에는 전자 장치,[24] 광전자 및 에너지 수집 장치, 유연하고 투명한 [3]기판이 포함됩니다.다른 응용 분야로는[11] 양자 컴퓨팅 [25]큐비트 디바이스 태양전지 및 플렉시블 일렉트로닉스 [7]등이 있습니다.

ZrSe2/SnSe로2 구성된 vdW 큐비트 제안전극G V는 수직 전계를 인가하여 녹색 Bloch 구로 표시된 전도 대역의 전자 상태를 변화시킵니다.Zr, Sn 및 Se는 각각 [11]빨간색, 파란색 및 회색으로 표시됩니다.

양자 컴퓨팅

이론 연구는 ZrSe2/SnSe2 헤테로빌레이어를 [11]예로 들며 일부 반데르발스 헤테로 구조의 밴드 에지 하이브리제이션 제어를 예측하고 양자 비트 디바이스에서의 사용을 제안했다.추가2 실험 연구에서2 MoS/WS 헤테로층 사례에 [26]대한 이러한 예측이 확인되었다.

자기 NEMS

2D 레이어드 자성 재료는 다른 2D 재료와 높은 강성과 강도, 낮은 질량을 공유하면서도 자성을 띠는 NEMS(Nano Electromicanical System)의 매력적인 구성 요소입니다.새롭게 등장한 2D층 자성 재료의 대규모 클래스 중 특히 관심 있는 것은 소수층 CrI3입니다. 이 CrI3는 자기 접지 상태가 평면 외 용이한 축을 가진 반강자성 결합 강자성(FM) 단분자로 구성되어 있습니다.층간 교환 상호작용은 상대적으로 약하며, 면외(θ) 방향의 0.5T 정도의 자기장은 이중층 CrI3에서 스핀 플립 전이를 유도할 수 있습니다.최근 스핀필터 거대 자기저항, 전계 또는 정전 도핑에 의한 자기전환, 스핀 트랜지스터 등 층간 자기상태를 검출하고 제어하는 데 기초한 주목할 만한 현상 및 디바이스 개념이 입증되었다.그러나 2D 자기 NEMS의 기초가 되는 원자 박형 재료의 자기 특성과 기계적 특성 사이의 결합은 두꺼운 자성 재료로 만들어지거나 FM 금속으로 코팅된 NEMS가 연구되었지만 여전히 이해하기 어렵습니다.

레퍼런스

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