Semicondutores 2-D atomicamente finos têm chamado a atenção por suas propriedades físicas superiores aos semicondutores de silício; no entanto, eles não são os materiais mais atraentes devido à sua instabilidade estrutural e processo de fabricação caro. Para esclarecer essas limitações, uma equipe de pesquisa KAIST suspendeu um semicondutor 2-D em uma nanoestrutura em forma de cúpula para produzir um semicondutor altamente eficiente a um custo baixo.

Materiais semicondutores 2-D surgiram como alternativas para semicondutores à base de silício devido à sua flexibilidade inerente, alta transparência, e excelentes propriedades de transporte de transportadora, quais são as características importantes para a eletrônica flexível.

Apesar de suas excelentes propriedades físicas e químicas, eles são hipersensíveis ao ambiente devido à sua natureza extremamente fina. Portanto, quaisquer irregularidades na superfície de suporte podem afetar as propriedades dos semicondutores 2-D e dificultar a produção de dispositivos confiáveis ​​e com bom desempenho. Em particular, pode resultar em degradação séria da mobilidade do portador de carga ou rendimento de emissão de luz.

Para resolver este problema, tem havido esforços contínuos para bloquear fundamentalmente os efeitos do substrato. Uma maneira é suspender um semicondutor 2-D; Contudo, este método degradará a durabilidade mecânica devido à ausência de um suporte sob os materiais semicondutores 2-D.

O professor Yeon Sik Jung do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e sua equipe criaram uma nova estratégia baseada na inserção de padrões topográficos de alta densidade como um suporte contendo nanogap entre materiais 2-D e o substrato, a fim de mitigar seus contato e para bloquear os efeitos indesejáveis ​​induzidos pelo substrato.

Mais de 90% do suporte em forma de cúpula é simplesmente um espaço vazio por causa de seu tamanho em escala nanométrica. Colocar um semicondutor 2-D nesta estrutura cria um efeito semelhante à levitação da camada. Portanto, este método assegura a durabilidade mecânica do dispositivo enquanto minimiza os efeitos indesejáveis ​​do substrato. Ao aplicar este método ao semicondutor 2-D, a mobilidade da portadora de carga foi mais do que duplicada, mostrando uma melhoria significativa no desempenho do semicondutor 2-D.

Adicionalmente, a equipe reduziu o preço de fabricação do semicondutor. Em geral, construir uma estrutura de cúpula ultrafina em uma superfície geralmente envolve equipamentos caros para criar padrões individuais na superfície. Contudo, a equipe empregou um método de nanopadrões de automontagem em que as moléculas se montam para formar uma nanoestrutura. Esse método levou à redução dos custos de produção e mostrou boa compatibilidade com os processos convencionais de fabricação de semicondutores.

O professor Jung disse, "Esta pesquisa pode ser aplicada para melhorar dispositivos que usam vários materiais semicondutores 2-D, bem como dispositivos que usam grafeno, um material 2-D metálico. Será útil em uma ampla gama de aplicações, como o material para os canais de transistor de alta velocidade para telas flexíveis de próxima geração ou para a camada ativa em detectores de luz. "