Ao adicionar mais uma camada de átomos a semicondutores já infinitesimalmente pequenos, uma geração de próximo nível de dispositivos elétricos torna-se possível. Este trabalho para construir eletrônicos melhores e mais rápidos está em andamento, mas pouco se sabia sobre como testar os ingredientes desses dispositivos para garantir o desempenho. Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nagoya (NITech), no Japão, desenvolveram um método para garantir que as conexões entre a camada bidimensional de átomos e os semicondutores sejam as mais perfeitas possíveis.

Os pesquisadores publicaram seus resultados em 15 de abril em Cartas de Física Aplicada .

Eles aplicaram uma camada de grafeno ao nitreto de gálio, um semicondutor comumente usado. O grafeno é feito de uma única camada de átomos, enquanto o nitreto de gálio é uma estrutura tridimensional. Juntos, grafeno e nitreto de gálio são conhecidos como um dispositivo de heterojunção, com sensibilidade significativa às propriedades de interface de metal e semicondutores.

De acordo com Golap Kalita Ph.D., um professor associado da NITech, compreender os dispositivos de heterojunção GaN e como melhorá-los é fundamental para um melhor desempenho do dispositivo.

"Nossa equipe encontrou uma maneira de determinar as propriedades de interface da heterojunção de grafeno e nitreto de gálio, caracterizando o dispositivo sob iluminação ultravioleta, "Kalita disse.

A interface entre o grafeno e o nitreto de gálio deve estar livre de impurezas, especialmente aqueles que ganham energia da luz. Quando os pesquisadores brilharam a luz ultravioleta (UV) no dispositivo de heterojunção, eles encontraram elétrons fotoexcitados (excitons) presos na interface e interferindo na transferência de informações.

O nitreto de gálio contém defeitos no nível da superfície e outras imperfeições que permitem que esses elétrons fotoexcitados fiquem presos na interface.

"Descobrimos que os estados da interface do grafeno e do nitreto de gálio têm uma influência significativa no comportamento da junção e nas propriedades do dispositivo, "Kalita disse.

Uma dessas propriedades é chamada de histerese elétrica - é um fenômeno no qual os elétrons ficam presos na interface, levando a uma mudança comportamental no dispositivo. O aprisionamento de elétrons é extremamente sensível à luz ultravioleta. Isso significa que uma vez que a luz ultravioleta incide sobre a heterojunção, os elétrons excitados são populados na interface e permanecem presos, criando uma grande janela de histerese.

Contudo, quando os pesquisadores aplicaram uma camada mais refinada de grafeno ao nitreto de gálio, eles não viram nenhum efeito de histerese sem iluminação de luz, implicando em uma correspondência mais limpa na interface. Mas não foi perfeito - a iluminação ultravioleta instigou os elétrons fotoexcitados a um comportamento frenético devido a defeitos inerentes ao nitreto de gálio.

"Esta descoberta mostrou que a interface de heterojunção grafeno / GaN pode ser avaliada pelo processo de iluminação ultravioleta, "Kalita disse.

A capacidade de avaliar a pureza da interface é inestimável no desenvolvimento de dispositivos de alto desempenho, de acordo com os pesquisadores.

"Este estudo abrirá novas possibilidades para caracterizar outras interfaces de heterojunção por um processo de iluminação de luz ultravioleta, "Kalita disse." No final das contas, nosso objetivo é entender a interface de várias heteroestruturas bidimensionais e tridimensionais para desenvolver novos dispositivos optoeletrônicos com grafeno. "