Molybdenum Disulfide ב 2D אלקטרוניקה

Molybdenum disulfide (MoS2) התפתח כחומר מוביל בתחום מתקדם במהירות של שני מכשירים חד-ממדיים (2D) אלקטרוניקה. as a Layered מעבר מתכת dichalcogenideTMD, MoS2 מורכב של hexagonally מסודרים אטומים molybdenum משולב בין שני מטוסים של אטומים sulfur, אשר מוחזק יחד על ידי כוחות חלש ונדלים זה מאפשר להציג באמת פונקציות אלקטרו-חמצני.

נכסים חשמליים של MoS2

ההתנהגות החשמלית של MoS2 נשלטת על ידי מבנה הלהקה שלה, מנגנוני תחבורה של נושא, ותגובה לתחומים חיצוניים.הבנת התכונות הבסיסיות הללו חיונית לתכנון מכשירים אלקטרוניים 2D אמין.

מבנה וטבע סמיך

Bulk MoS2 הוא מוליכים למחצה עקיף עם פער של בערך 1.2 eV. עם זאת, כאשר דקר מונוטרה, החומר עובר מעבר ל- p ישיר של 1.8-1.9 eV בשל הגבלת קוונטית ושינויים בהיברידיזציה רציפה של קופלסטיקה (ה-Switch הישיר הזה מאפשר ספיגה יעילה של אור ופליטה, מה שהופך מונוטרה 2 מתאים עבור אופטימיזציה של מכשירים דיגיטליים (F) אשר לעתים קרובות על פני השטח התחתון של הדלפונקציה (transp) הוא גם על פני השטח).

מובילי ניידות והובלת מכניזם

ניידות מטען ב MoS2 הוא בדרך כלל נמוך יותר מזה של גרפן או מוליכים למחצה מסורתיים כמו סיליקון.דיווח על אלקטרונים גיוס טווח בין 50-200 ס"מ / Vs עבור flakes exfoliated על SiO2 substrates, בעוד prise דגימות הפיכה יכול להגיע עד 500 ס"מ / Vs., הניידות נשלטת על ידי phoning בטמפרטורה, אבל גם מושפעת עד 0 מוטציות יעילות של 0 קיבולת גבוהה יותר מ - 0 - 0 מוטציות.

High On/Off Ratio ו-Switching Performance

הלהקות הרחבות של מונופלה MoS2 מדכאות באופן טבעי את הדור של נושאות תרמי, המוביל לזרמים מחוץ למדינה בטווח picoampere ו- / off יחס עד 108 ב-engineered מכשירים, שילוב זה של נמוך מחוץ-הווה מתון על-ידי-הווה מאפשר תנודות תת-קרקעיות נמוך כמו 60 mV / de בחדר, מתקרב למגבלה תרמית כגון F.S2 מושכת לעיגולים דיגיטליים.

המונחים: a-Dependent Conductivity

ככל שמספר השכבות עולה, צרי ה-Sgap ומעברים ישירות אל עקיף.לדוגמה, bilayer MoS2 יש להקה עקיפה של כ-1.6 eV, בעוד שחמישה שכבות מציגות להקות סביב 1.3V. עובי זה משפיע ישירות על מוליכות חשמלית וריכוז מוביל.

גורמי מפתח המשפיעים על התנהגות חשמלית

גורמים חיצוניים ופנימיים יכולים לשנות את התכונות החשמליות של MoS2, לעתים קרובות מסבך את ייצור המכשיר ואת יכולת השיפוץ של ביצועים.

חסרונות ומכשולים

פגמים מבניים כגון vacancies, molybdenum interstitials, וגבולות דגנים נפוצים הן exfoliated ו מסונתז MoS2. פגמים אלה יוצרים מדינות מלכודות ביניים כי ללכוד ספקים אחראים, צמצום ריכוז המוביל יעיל וניידות.

אינטראקציה מורכבת

ה-SMS המסורתית SiO2 substrates מטעני המלכודת ולהציג משטחים גסים המתפזרים. dielectrics גבוה-k כמו HfO2 ו- Al2O3 יכולים לשפר את בקרת שער ולהפחית את הפיזור, אבל גם להציג מלכודות ממשק המשפיעות על יציבות המתח.

תנאים סביבתיים

חשיפה לאוויר הסביבה גורמת להשפלה של תכונות חשמליות MoS2 לאורך זמן.חמצן ומולקולות מים מודעות על פני השטח, הצגת אפקטים p-type ומלכודת פני השטח קובע כי שינוי המתח הסף ולהגדיל את היסטריה. חשיפה ממושכת יכול גם לעשות חמצון של חומר, להרכיב תחמוצות mobdenum כי de the Quality התקנים חייב להיות מופעלים או מופעלת בסביבות מחוספסות, אך ורקמות אורגניות על ידי תפקוד חשמלי יציב.

איכות הסביבה דיאלקטרית

הקבוע הדיאלקטרי של המדיום המקיף משקף את ההקרנה של קואלומב ומכאן האנרגיה המחייבת של Exciton ונשאות נושא. סביבה עתירית גבוהה (למשל, על ידי ציפוי עם נוזלי איטוני או דיאלקטריים גבוהים) מפחית את ההשפעה של זיהומים טעונים, שיפור ניידות וצמצום המתח הסף.

דרישות התקן למינוף נכסים חשמליים

המאפיינים החשמליים הייחודיים של MoS2 מאפשרים מגוון של מכשירים אלקטרוניים ואופטונומיים לנצל את האופי המוליכים למחצה שלה, גמישות מכנית ויציבות כימית.

Transistors שדה-Effect Transistors (FET)

MoS2 FET הם ארכיטקטורת המכשיר הנלמדת ביותר.שימוש במוטה או ערוץ מעט שכבות, החוקרים הוכיחו טרנזירים עם יחס גבוה על / offs (36-108), תת-קרקעי נמוך נדנדה (60–80 mV/dec), וזרםי כונן תחרותיים של 100-300 אנשי קשר עם מיקרו-A/μm במכשירים קצרים.

צילום: Optoelectronics

ה-Mogap הישיר של monolayer MoS2 מניב אינטראקציה חזקה לאור, עם ספיגה > 5 אחוזים לכל מונוטר על פני הספקטרום הנראה לעין. Photodetectors בהתבסס על MoS2 מראה Responsivities מעל 1 A/W תחת הטיה נמוכה, וזמני תגובה למטה למיקרו-IIs. Phototransistors יכולים להשיג רווח פוטו-מוליכים גבוה על ידי מלכודות ולהגדיל את החיים עם 2D2 אלקטרו-מדומים, אם כי הם גם חומרים כגון גרפים פעילים כגון photial דיווחו על ידי microtraSicial (D2D2D) או phosicidesives.

חיישנים

מוליכות חשמלית של MoS2 רגישה מאוד למולקולות מודעות, מה שהופך אותו פלטפורמה יעילה עבור חיישנים כימיים וביולוגיים. עבור גז רגיש, MoS2 מציג רגישות גבוהה ל- NO2, NH3, ולחות בטמפרטורת החדר, עם הגבלת זיהוי בטווח של חלקיקים-per-b- מיליארדים.מנגנון השקיפות כרוך בהעברה בין ה-Mostetete לבין MoS2, מה שמאפשר שינויים נוספים ב-Niceapamance או ב-APTStim.

אלקטרוניקה גמישה ו- Transud

הגמישות המכנית והשקיפות האופטית של מונופלר MoS2 (מעל 90% שקיפות גלויה) להפוך אותו למועמד חזק לדור הבא של אלקטרוניקה לבישת ותואמים. MoS2 FET על תת-הפולימרים (למשל, PET, פולימידיד) יכול לעמוד בריצה של רדיוי עד 1 מ"מ תוך שמירה על "90% מהביצועים המקוריים שלהם, כמו לוגיקה, אלמנטים זיכרון, ואפילו שקיפות) של 2, כולל תכונות רדיו גמישות, כאשר הם יכולים לשמש גם תכונות רדיו (S) כמו שקיפות) ו- 2.

אסטרטגיות ל Enhancing חשמל Properties

למרות הבטחתו, הביצועים החשמליים של MoS2 עדיין חייבים להיות משופרים כדי לענות על דרישות יישומים תעשייתיים. אסטרטגיות מסוימות פותחו כדי לטפל ניידות, מגע, בעיות פגם.

לעשות ו-Alloying

מינון substitutional - הצבת molybdenum עם niobium (p-type) או rhenium (n-type) - יכול לשלוט בסוג המוביל וריכוז. Rhenium doping, למשל, מגביר את ריכוז אלקטרונים עד 1019-3, שיפור על זרם קבוע אבל צמצום הניידות עקב הפיזור.

הנדסה מבנית

Van der Waals heterostructures משלב MoS2 עם חומרים אחרים 2D כדי להתגבר על המגבלות הפנימיות שלה. Placing MoS2 על h-BN להפחית פיזור תת-התחסין, תוך שימוש בגרף בחזרה-gate מוריד התנגדות מגע מסוג-II עם WS2 או MoTe2 מאפשר פיזור חיובי עבור תופעות צילום ולוגיקה חד-מימית (Ricern-i) מאוחר יותר, הוא יכול להיות מצמצם ממשק חד-R2.

הנדסה Defect

מבוא מבוקר של פגמים או vacancies ניתן להשתמש כדי לכוון תכונות חשמליות. vacancies יכול להיות מלא על ידי sulfur annealing, לרפא את החומר ולשפר את הניידות על ידי גורם של שניים עד ארבעה. versely, יצירה מכוונת של vacancies באמצעות טיפול פלזמה יכול להגדיל את הפעילות הקטליטית של MoS2 עבור יישומי חיישן. אטומי באמצעות מולקולות אורגניות (gicerati), ו-atrastria גם להפחית מלכודות.

קשר הנדסה

עמידות מגע גבוהה בממשק מתכת-MoS2 הוא צוואר בקבוק גדול.גישות להפחית אותו כוללים באמצעות רוב גדול MoS2 משטחים מגע (מסמיך באופן אלקטרוני את הערוץ תחת אלקטרודות), פריסת מתכות בעלות תפקוד נמוך (למשל, סרופוליום, טיטניום) עבור אנשי קשר N-type, והוספת גרפן או TMD-D Transtra של העברת טרום-Ficials במהלך תהליך ניקוי אטומית אטומית 200.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בעוד MoS2 הראה הבטחה יוצאת דופן, יש להתגבר על כמה אתגרים לפני פריסה מסחרית נרחבת ב 2D אלקטרוניקה.

מגבלות ניידות וריאציות

האספנסיכות הגבוהות ביותר שדווחו עבור MoS2 (~500 ס"מ / V-Vs בדגימות מושעה, -200 ס"מ / Vs על h-BN) הם עדיין סדר גודל נמוך יותר מאלה של זרחן שחור או גרפן. זה מגביל יישומים הדורשים מעבר מהיר, כגון אלקטרוניקה RF.משתנים מדגימה - בגלל צפיפות בלתי מבוקרת, תת-מפסיביות, ופעולות סביבתיות, פיתוח של שיטות עיבוד.

גדול-area Synthesis ו- אחידות

רוב המכשירים המו-S2 בעלי ביצועים גבוהים מוטבעים באמצעות פיזור מכני של גבישים טבעיים, אשר מניב רק פתיתי קטן (עשרות מיקרומטרים) נפיחות כימית (CVD) ו- CVicD מתכת-אורגני (MOCVD) יכול לייצר סרטי מתיל-מדומים, אך לעתים קרובות הם סובלים מפגמים גבוהים, דגנים, ולא-uniformic עובי - אשר דורשות צמיחה חדשה או סיליקון, אך יש צורך בתכונות עדכניות יותר, אך ורק על פני השטח, אך יש צורך ב-אונדנטליות, אך יש צורך ב-אונדנטליות, אך יש צורך ב-אונדנטליות יותר, אך יש שיפור יותר, אך יש שיפור יותר, אך ורק כדי לשפר את רמות חום עדכניות, אך לעתים קרובות, אך ורק כדי לשפר את רמות חום עדכניות, אך לעתים קרובות, אך הן סובלות, אך הן סובלות, אך הן סובלות, אך הן לעתים קרובות, אך הן סובלות, אך הן סובלות, אך הן סובלות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, אך לעתים קרובות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כגון

שילוב עם טכנולוגיות הסיליקון

עבור אלקטרוניקה מעשית, MoS2 חייב להיות משולב עם תשתית CMOS סיליקון קיים.זה כרוך עיבוד עתיר נמוך, מתכת תואמים תואמים, והיערכות של MoS2 שכבות כדי ליצור קשר עם כריות 3D אינטגרציה - הדבקת שכבות לוגיקה MoS2 על גבי SiCMOS - הוא מסלול שאפתני אך מבטיח להאריך את סוגיות התקציב של מור.

סקלאלה וייצור

המעבר מ- מעבדה בקנה מידה גדול של ייצור תעשייתי דורש טיפול אוטומטי, העברה, ותבניות של חומרים 2D. Transfer טכניקות להימנע שאריות פולימר (למשל, באמצעות קלטת שחרור תרמי או דלמנטום מים) מפותחים. Lithography על פני 2D משטחים דורשות תהליכים עדינים מאוד כדי למנוע הצגת פגמים.

מסקנה

Molybdenum disulfide בולט בין חומרים שכבתיים עבור תערובת מאוזנת של התנהגות חצי-מוליכים, גמישות מכנית ויציבות סביבתית. תכונות החשמל שלה - כולל להקה ישירה, גבוה על / יחס על / off, וניידות מתון - להפוך אותו מועמד חזק לדור הבא של אולטרה-אין, להיות קומפקטי, ומכשירים אלקטרוניים שקוף.

(ב) לקריאה נוספת על התנהגות החשמל של ערפל מלוטש באלקטרוניקה 2D, ראה:

  • (ב) "העברה של ה-HSingle-layer MoS2" (הטבע ננוטכנולוגיה, 2011)"(Single-layer MoS2 Transistors)" (הטבע ננוטכנולוגיה, 2011)
  • (ב) הנדסת מכונות ב 2D MoS2 for Electronics (Accounts of Chemical Research, 2023)
  • (FLT:0)MoS2 for גמיש ושקיפות (מדע, 2017)