ワシントン大、3原子厚の半導体ジャンクションを作製

September, 1, 2014, Seattle--ワシントン大の研究チームは、考えられる中で最薄型の半導体、わずか3原子厚シートでできたナノスケール材料を開発した。
同研究チームは、これら単層半導体材料の2つが、ヘテロジャンクションとして知られる原子的にシームレスな方法で結合できることを実証した。この成果は、次世代の柔軟で透明な、コンピューティング、一段と優れたLED、ソーラ技術の基盤となり得る。
同学材料科学・工学、物理学助教授、シャオドン・シュウ（Xiaodong Xu）は、「2次元(2D)材料間のそのような結合を実証したわれわれの実験により、単一原子面に電子回路と光回路を高集積する新しい種類のトランジスタ、LED、ナノレーザ、太陽電池の開発が可能になる」とコメントしている。
研究チームは、2つの平坦な半導体材料のエッジとエッジを結合し、完全な結晶が得られることを見いだした。結合された材料は2つの単層、モノレイヤー材料(二セレン化モリブデンと二セレン化タングステン)として機能する。これらは非常に似通った構造であり、この点が2D半導体複合材料実現で重要になる。
英国のウォーリック大(University of Warwick)電子顕微鏡センタの協力者が、両材料の全ての原子が単一のハニカム格子構造を形成しており、歪も不連続もないことを明らかにした。これは、2つの単層材料間の最強の相互関係であり、柔軟なデバイスには不可欠である。同じファミリの材料内で、同じようにして他のペアを結合することができると研究チームは考えている。
研究チームは、UWの小さな炉でジャンクションを作製した。まず、2つの材料の混合粉末を900℃に熱したチャンバに入れた。水素ガスをチャンバに通し、材料の1つからの蒸着原子をチューブの冷却領域に送り、三角形状の単層結晶として堆積した。
しばらく後、第2の材料からの蒸着原子が三角形の端に付着して、シームレスに半導体ヘテロジャンクションを形成した。
研究チームの博士課程学生、サンフェン・ウー（Sanfeng Wu）は、「材料の特性は異なるので、材料は自動的に時間差で蒸着し分離する。第2の材料は形成されたばかりの最初の三角形の周りに形成される。これらの格子が非常に美しく結合されている理由はそれである」と説明している。
大きな炉を使えば、量産は可能。小規模では、結晶成長に約5分、加熱と冷却で最大2時間ですむ。
研究チームは、他のモノレイヤーと比べて、そのジャンクションが光との相互作用が非常に強いことをすでに実証している。