Bir malzemenin elektronik performansını tanımlayan en temel parametreler arasında elektriksel iletkenliği ve şarj taşıyıcısı hareketliliği vardır.Bu iki miktar, bir malzemenin mevcut ve ne kadar hızlı elektron veya delikler dış elektrik alanı uygulandığında lattice ile hareket edebileceğini belirler.

2D Malzemede Davranış Nedir?

Elektrik iletkenliği, genellikle Yunan mektubu tarafından ⁇ (sigma), bir malzemenin elektrik akımı taşıma yeteneğinin ölçülmesine karar verir.Bir üç boyutlu materyalde, iletkenlik, meydandaki (S/ ⁇ ) ve mevcut arsa birimlerine sahip. ancak, 2D malzemeler için, daha uygun bir atom tabaka veya birkaç tabakaya kadar sınırlı olarak hesaplanır.

Davranış, mobil şarj taşıyıcılarının (n veya p) yoğunluğuna bağlıdır ve bu taşıyıcıların hareket edebileceğine bağlıdır. Drude modeli, taşıyıcı ve hareketlilik için doğrudan bağlantı sağlar.In 2D material, μ, whereETHFLT:0)e), temel şarj ve [[Dönetici:2).

Elektron Hareketliliği Nedir?

Elektron hareketliliği (μ) bir elektronun bir elektrik alanı etkisi altında bir malzeme aracılığıyla nasıl hızla değiştiğini ölçmektir. μ = v) Bu nedenle, çeşitli engellerle dağıtılmadan önce nasıl kolayca hızlanır.(FLT:3) veya m2/[V·s) daha az elektrik alanı ile ilgili olarak tanımlanır.

2D malzemelerde, mobilite intrinsic ve extrinsic saç mekanizmaları tarafından yönetilir.Intrinsic kaynaklar akustik ve optik phonon saçlarını içerir, bu da lattice sıcaklığına ve materyalin ses dağılımına bağlıdır. Extrinsic kaynaklar, yüksek dielektrik sabit boşlukları ile dolu bir yüzeysel boşlukları ve vacanzileri veya tahıl sınırları gibi yapısal kusurları içerir.

Davranış ve Elektron Hareketliliği İlişkisi

Kristallik ve hareketlilik arasındaki temel ilişki Drude formülü tarafından ele alınır:

[0] ⁇ = n e μ[[Dönem: 1)

⁇ iletkenlik nerede, n sorumlu taşıyıcı yoğunluğu ( 2D sistemleri için birim alanı), e temel şarj ve μ taşıyıcı hareketliliğidir. Bu denklem sabit bir taşıyıcı yoğunluğunda, iletkenlik doğrudan mobiliteye göre değişir.Aktif olarak, sabit bir hareketlilikte, taşıyıcı yoğunluğu da yükseltilir. Birçok deneyde, araştırmacılar kapı geriliminin işlevi olarak iletkenliği ölçürler n) ve ⁇ vs. n eğrisinin lineer bölgesinden geçiş yapar.

Ancak, ilişki her zaman basit değildir. 2D malzemelerde, hem n hem de μ birbirine bağımlı olabilir. Örneğin, artan taşıyıcı yoğunluğu şarj edilebilirliği taramayı artırabilir, böylece hareketliliği artırmak - grafikte ve bazı TMD'lerin performansını optimize etmek için bir fenomen daha önemlidir.

Davranışı ve Hareketliliği Etkileyen Anahtar Faktörler

Mechanisms

Taşıyıcı saçılma, 2D malzemelerde sınırlı olan hakim faktördür. birincil saç mekanizmaları şunları içerir:

  • [FONT:0) Akustik phonon saçı: Lattice vibrasyonları (sound-like phonons) Grup yapısını modüller, taşıyıcıların ivme kaybetmesine neden olur. Bu mekanizma genellikle yüksek sıcaklıklarda ve yüksek kaliteli örneklerde hareketlilik sınırlar.
  • [FONTcal phonon saçılma: Yüksek enerji titreşimleri, özellikle MoS2 gibi malzemelerdeki kutup karakteri ile, yüksek sıcaklıklarda veya yüksek taşıyıcı boşluklarında taşıyıcı boşlukları güçlü bir şekilde dağıtabilir. Optik phonon modları potansiyel veya Fröhlich etkileşimi ile elektronlara çiftebilir.
  • [FONT:0)Charged impurity: Ionized atomlar, ya da substrattan (örneğin, SiO2) veya kasıtlı dopingden, uzun menzilli Coulomb potansiyellerini ortaya çıkarmak, bu genellikle düşük sıcaklık ölçümlerinde düşük sıcaklık ölçümlerinde düşük sıcaklık ölçümlerinde baskın.
  • [FONT:0)Defect and rudeness ([FONTT: 1) Yapısal kusurlar – vacancies, tahıl sınırları, dalgalar ve substrat yüzey kabalığı - her iki hareketliliği ve iletkenliği azaltır.

Sıcaklık Bağımlılığı

2D malzemedeki işlevsellik ve hareketlilik güçlü sıcaklık duyarlılığı sunuyor. Düşük sıcaklıklarda, saçılma, yaklaşık sıcaklık bağımlısı bir mobiliteye yol açan, phonon saçılma daha önemli hale gelir ve mobilite genellikle T) olarak azalır.)) Düşük sıcaklık limitleri ile 1.5 ila 1.5 arasında değişir.Ingraphic, mobilite bir T[D) ile daha karmaşık ısıtılabilir.InGraphene, mobilite bir T).

Malzeme yarılığı ve Defects

Düşük kusurlu kristaller yüksek mobilite ve iletkenlik elde etmek için önemlidir. 2D malzemelerde, MoS2 veya oksijen fonksiyonel gruplar halindeki farklar, minimum kusurları ve saçlar ile örnek almak için kullanılır.Reynthesiss.In 2D material, pointalize (CVD) ve mekanik exfoliation gibi sertliği artırmak için kullanılır.Inst-synthesis tedavileri, bu nedenle, vakumda ekste saçılma veya hecevreasyon gibi.

Katman Numarası ve Substrate Effects

Birkaç katmanlı 2D malzemeler, katmanların sayısı elektronik band yapısını, dielektrik taramasını ve ses geçirmez ortamını azaltır. Örneğin, bikat grafiğiene, yüksek bir elektrik alanı altında bir tunable band boşluğuna sahiptir, bu da hem taşıyıcı yoğunluk hem de hareketliliği etkiler. TMDs'de, dolaylı band boşluğu azaltır ve Interkatlı darbeyi azaltır, etkili bir kitleyi değiştirir.

Özel 2D Malzemede Davranış ve Hareketlilik

Graphene

Grafene, olağanüstü yüksek elektron hareketliliği ile sıfır yarı metaldir - askıya alındıktan 200.000 cm2/(V·s) askıya alındı, düşük sıcaklıkta enkapılı örnekler.Inktörlükleri de oldukça yüksek, daraltıcı limitlere yaklaşıyor.Görüntüsüz Dirac fermions in grafiğin göstergesi, zayıf elektron destekli darbe ve yüksek intrinsic hareketliliğine yol açan.

Transition Metal Dichalcogenides (TMDs)

MoS2, WS2, MoSe2 ve WSe2 gibi TMplazlar, yaklaşık 1 ila 2 eV. Hareketliliği genellikle 10-200 cm2/ (V·s) standart substratlar üzerinde monokatlı örnekler için daha düşük ses ve yüksek performanslı kütleler ile elde edilir.

Black Phosphorus

Siyah fosfor (BP), yarı katmanlı bir kristal yapısı nedeniyle yarı iletken bir bant boşluğudur (0.3-2 eV). Yüksek delik hareketliliğini sergiliyor - birkaç katmanlı flakes - ve BP'de iletken kristal yapısı nedeniyle hızlanıyor.In Berkshire'da iletkenlik yüksek bir zorluk gösteriyor.

Ölçüm Teknikleri

Bilinen manyetik alan, Hall katlayıcısı (FET) ölçümler, daha sonra elektriksel veya ücretli bağlantılardan elde edilen dört boyutlu çalışma masası, van der Pauw yöntemi genellikle amplifikatörlülüğü ile kullanılabilir.

Elektronik cihazlar için Implikasyonlar

Yüksek frekanslı transistörler için doğrudan cihaz performansına sahip olan ilişki, yüksek frekanslı transistörler için, yüksek çözünürlükte ve yüksek frekanslar için daha hızlı şarj taşımacılığı ve yüksek kesintiye yol açıyor.In logic circuits, yüksek çözünürlükte / oranlarda yüksek bir grup boşluğuna sahip olmak için, TMD'ler gibi, mobilite ve iletkenlik hem de yüksek iletkenliklerin düşük hızda ve yüksek iletkenliklerin düşük hızda yüksek iletkenliklere ulaşması için dengeli olmalıdır. Sensörler yüksek iletkenlik oranlarında, yüksek kapasiteli basınç etkiler yanıt süresine sahiptir.

Heteroyapılar gibi gelişmiş cihaz mimarisi - birlikte farklı 2D materyali toplayın - mühendislere hem iletkenliği hem de hareketliliği bağımsız olarak optimize etmelerine izin verir. Örneğin, ulaşım için yüksek hareketli bir grafik katmanı kullanarak ve geçiş için yarı iletken TMD tabakasını kullanarak, taşıyıcı yoğunluğunu bir elektrik alanı ile ayarlama yeteneği, 2D materyali yeniden yapılandırılabilir elektronik ve nöromorphic hesaplama için ideal kılar.

Son gelişmeler ve Future Yollar

Son araştırmalar, 2D malzemelerde iletkenlik ve hareketlilik sınırlarını zorladı. hBN'deki atomik olarak ince kristallerin taşınması, benzer seviyelere kadar aşırı hareket eden, dinamik sıvı glokomünasyonların kullanımı çok yüksek taşıyıcılar elde etti, süper iletkenlik ve metal-insülatör geçişlerine yol açan yeni korelasyonlar ortaya çıktı.

Önümüzdeki, zorluklar devam ediyor: yüksek kaliteli 2D materyallerin sentezi, iletişim direncini azaltıp büyük alanlarda tutarlı performans elde etmek. Makine öğrenimi ve otomatik sentez yaklaşımları, optimize edilmiş ulaşım özellikleri ile yeni 2D materyallerin keşfini hızlandırmaya devam ediyor. Nanoscale'deki iletkenlik ve mobilite arasındaki etkileşimin anlaşılması, kuantum bilişim, enerji verimli elektronik ve yeni optoelektronik cihazlardaki yeniliklere devam edecek.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Davranış ve elektron hareketliliği, 2D materyallerin aynı madeninden iki taraftır - temel denklem tarafından bağlantılı - bu parametrelerin hem büyüleyici hem de pratik olarak önemli olan ilişkileri anlamak ve kontrol mekanizmaları, sıcaklık bağımlılığı ve malzeme kalitesi, araştırmacılar ve mühendisler, 2D materyallerin mikroskopu ile ilgili olarak - daha incelik, en iyileştirici ve hassaslığı, alandaki hassaslığı ve hassaslığı ile ilgili olarak, nanoteknolojinin tam olarak farkına varabileceklerdir.