İki boyutlu fotoğraf (2D) malzemeler, 2004 yılında Novoselov ve Geim tarafından en dönüştürücü malzemelerden biri olarak ortaya çıktı. Bu atomik olarak ince kristaller, çevre koşullarında sabit ve mekanik özelliklerde bulunabilir.O zamandan beri, 2D materyallerin ailesi, daha sonra metal dikoleksiyonu (TMD) ve diğer iki boyutlu kristalleri ortaya çıkarır.

2D Malzemeler Nedir?

2Dphos, tek bir tabaka veya birkaç atom tabakadan oluşan kristal katıdır, çünkü yüksek elektriksel iletkenliği ile sınırlı olan yüksek çözünürlükte, mekanik kuvvet (en güçlü materyal) ve olağanüstü termal iletkenlik 2D malzemeler için bir kriter oluşturur.

Anahtar Özellikler Araba Ekran Performansı

2D materyallerin çağrısı aşırı anisotropy'de yatıyor: elektronlar ve fotolar uçakta güçlü bir şekilde etkileşime giriyor, interkat darbesi zayıf olsa da, geleneksel yarı iletkenlerde aynı anda elde etmek zor olan bazı özelliklerde sonuçlar doğurur:

  • [FONT:0)Yüksek taşıyıcı hareketliliği: [Dönetici: Graphene, 200.000 cm2/V • düşük sıcaklıklarda elektron seferberliği sergilemektedir, ancak TMD gibi düşük sıcaklıklarda, MoS2 gibi TMD'ler 100 cm2/V'nin üzerinde seferber edilebilir.
  • [FONT:0)Mechanical esneklik ve kullanılabilirlik:) Monokat 2D malzemeler, kırık olmadan birkaç mikron bükmeye dayanabilir, tamamen esnek elektronik ve fotonik cihazlara izin verebilir.
  • [FONT:0)Strong ışık-matter etkileşimi: Atomlu olarak ince olmasına rağmen, 2D yarı iletkenler, yüksek osilatör gücü ve sıkı bir eksiltme enerjilerinin %10'unu absorbe eder.
  • [FONT:0)Tunable elektronik yapı: [DDDs ve siyah fosforun bandı, kalınlığı (kuantum sınırlılığı ile) ve elektrik alanları veya kimyasal doping ile daha fazla modlanabilir.
  • [FONT:0)Electrostatik kontrol:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:0)) ultra-thin kanalı, yüksek alt eğimli yüksek gerilimlerde çalışabilmelerine izin verir.

Bu özellikler, silikon ve III-V bileşiklerinin yeteneklerini zorlayan uygulamalar için cazip hale getirir, özellikle de incelik, esneklik veya düşük gerilim operasyonu kritiktir.

2D Malzemenin Elektronik Uygulamaları

2D materyallerin en acil elektronik uygulaması, düşük devlet dışı mevcuttuklarında (FETs) özellikle silikonun kısa kanaldan gelen birçok transistörden gelen frekansları kaybettiği için, transistör boyutunun agresif ölçeklendirmesine izin veriyor.

Ultra-Scaled Transistors ve Mantık Devreleri

Araştırmacılar, 10 nm altındaki kanal uzunluğu ile başarılı bir şekilde kumaşlanmış transistörler, MoS2 ve karbon nanotüpleri kullanarak, bu transistörlerin plastik substratlara entegre edilmesi veya genişletilebilir elektronik yüzeylere geçiş yapmasına olanak sağlar. Örneğin, MoS2 FET'lerin dizileri kanal/dielektrik arabirimleri oluşturmak için kullanılmıştır.

2D transistance elektrik iletişimlerinin temel zorluklarından biri, düşük hacimli metal iletişimlerin oluşumudur (örneğin, 100 ⁇ m altındaki direnişlerin 1T aşaması). Bu yaklaşımlar, özellikle TMD'nin güncel kesinti ve transkondüktör değerlerinin kullanımı ile ilgilidir.

Esnek Elektronik ve Giyilebilir Sensörler

2D malzemeler esnek ve giyilebilir cihazlar için idealdir, çünkü polimerler, kağıt veya tekstiller mekanik exfoliasyon, kimyasal buharlaştırma (CVD), veya çözüm bazlı baskı sensörleri, fotodetektörler, su geçirmez sensörler ve biyosensoratörlerin birleşimi, örneğin, daha iyi vücut için hassas yüzeyler ve ciltler için daha uygun görüntüler göstermelidir. TMD tabanlı baskı sensörleri, hızlı yanıt süreleri ile yüksek hassasiyet elde edebilir.

Low-Power ve Nöromorphic Computing

Klasik dijital mantık ötesinde, 2D malzemeler düşük güç analogları ve nöromorfik mimarileri için araştırılıyor. Atomlu kontrolleri ve güçlü elektrostatik kontrolleri onları dik-slope transistörleri (örneğin, FETs ve negatif kapasitance FETs) için uygun hale getirir.Bu cihazlar, sinaptik ağırlıkları ve keskinliği gözlemleyerek, potansiyel olarak 2D malzemelerde gözlemlenen duygusal olarak güçlü bir şekilde anlamlı bir şekilde, beyinsel sinapsiyon ve nöromorfik devreler ve nöromorfik devreler sağlar.

2D Malzemenin Fotonik Uygulamaları

Fotoniklerde, MoS2 ve WS2 gibi güçlü ışık-çalı etkileşimi ve onların kusursuz optik özelliklerini sağlar - oda sıcaklığında bile optik yanıtını uygular.

Fotodetectors and Image Sensörs

2D malzeme fotodetektörler, uygun bantlı veya heteroyapıları kullanarak, ultra-broad absorpsiyon ve ultrafast yanıtları (picosan) için uygun olan yüksek çözünürlükte 2D fotoğraf makinesinin entegrasyonuna göre, yüksek çözünürlükte görüntülenen fotode optik diskler kullanılarak, yüksek çözünürlükte görüntülenen görüntülerle birlikte.

Optik Modulators and Anahtarlar

Elektro-optik modülatörler elektrik sinyalleri optik modülasyona dönüştürür ve veri iletişimi için kritik bileşenlerdir. 2D malzemeler yüksek hızlı modülasyon elde edebilir, çünkü taşıyıcı yoğunlukları ve Fermi seviyesi, uygulanan bir kapı gerilimi ile hızla ayarlanabilir. Graphene modüller, küçük cihaz ayak izi ile 50 GHz'nin üzerindeki tüm optik hızlarda çalışır. TMD modülatörler, yüksek çözünürlükte güçlü modülasyon elde edebilir.

Işıklı Cihazlar: LED ve Lazerler

Elektriksel olarak, XD'lerden gelen ışık emisyonu, zayıf ohmik kontakları ve düşük kuantum verimliliği nedeniyle zorlanmaktadır. Bununla birlikte, son çalışma, MoS2 ve WS2 heterozliği temelinde ışık alan diyotları (örneğin, Purcell geliştirmeleri ve diğer tümleşik lasing) ile birlikte 2'de yapılan emisyonlar sürekli olarak verimli bir şekilde genişletilebilir.

Heteroyapılar ve Hibrit Cihazlar

2D materyallerin en güçlü özelliklerinden biri, aktif optoelektronik katmanı olarak farklı tabakaları bir araya getirme yeteneğidir - lattice eşleştirmesi için. Photovoltaic cihazlar, fotodectors ile birlikte inşa edilen malzemelerle birleştirilebilir - örneğin, bir grafiken üst tabakası, bir optik diskoelektronik katmanı için - lattice eşleştirmesi kısıtlamaları olmadan.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

2D materyallerin muazzam vaadine rağmen, çeşitli engeller temel çalışmalar için seçim yöntemi olarak kalır.En kritik israfFLT:0) MoS2) için ortam veya betonlar için hassastır. ancak, sonuçlanan filmler genellikle tahıl sınırlarına sahiptir, vacanciesiyonel büyümenin katlanması veya diğer yüzeyler için degisim edilmesi gerekir.

İletişim ve Dielektrikler

Metal kontaklarının ve kapı dielektriklerinin kalitesi büyük bir performans şişesi olarak kalır. Schottky bariyer yüksek çözünürlükte metal-2D arabirimleri, düşük çalışma fonksiyonlarını kullanarak azaltılabilir, uygun metalik TMD'ler ilerlenebilir. ancak, büyük alanlarda rerodite edilebilirlik hala eksik. HfO2 veya Al2O3 gibi yüksek elektrik en azametleri 2D lattice. Atom tabakaları ile ilgili olarak en iyi şekilde azaltılmalıdır.

Silikon Teknolojisi ile entegrasyon

2D materyallerin tam etkisini anlamak için, mevcut yarı iletken üretim akışlarına entegre edilmelidir. Bu, silikon fotonik devreleri için CMOS uyumlu bir süreç gerektirir ve 2D filmlerin en iyi şekilde bir araya gelmektir: silikonun olgun üretimi ve 2D malzemelerinin benzersiz işlevleri üzerinde doğrudan büyüme üzerinde çalışıyor.

Ticari Genel Bakış

Birkaç şirket zaten 2DDokuzey materyali ticarileştirmektir. Graphene, önümüzdeki on yıl içinde sabit ve LiDAR sistemlerde 2D fotodetist ve modülerleri benimsemesi bekleniyor.[DDDDDDDDD) ile ilgili olarak, 2D malzemenin sorunlarının çözümü, 2D materyalinin çözümü için büyük olasılıkla iki elektronik ve fotonik cihaz endüstrileri dönüştürecektir.Daha fazla ayrıntı için, okuyuculara danışabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

2D malzemeler, atomik boyuttaki kalınlığı, olağanüstü taşıyıcı hareketliliği ve güçlü ışık-erkek etkileşiminden yararlanan yeni bir tasarım alanı açtılar.Geleceğin on yıl boyunca, algılayan ticari ürünlerle, iletişim ve hesaplamada mümkün olmayan cihazlarla büyük olasılıkla tanık olacak.