p Impulsionado pelo desejo cada vez maior do mercado consumidor de produtos menores, dispositivos mais leves e inteligentes, o tamanho dos eletrônicos de consumo, como smartphones, tablets e laptops, têm diminuído continuamente, enquanto se tornam mais poderosos em termos de desempenho ao longo dos anos. p Tornando esses dispositivos menores, Contudo, tem um preço. Devido à predominância de efeitos quânticos bizarros em chips semicondutores ultracompactos, os transistores de efeito de campo (FET) - interruptores elétricos que formam a espinha dorsal dos processadores de computador e chips de memória - param de se comportar de maneira controlável. Arquiteturas de dispositivos sofisticadas, como FinFET e Gate-All-Around FET, deve ser empregado para continuar reduzindo o tamanho dos dispositivos eletrônicos.

p Semicondutores bidimensionais (2-D) foram aclamados como uma nova opção para a eletrônica de computação ultracompacta de próxima geração. Como seu corpo ultrafino normalmente tem apenas alguns átomos de espessura, as operações de comutação elétrica podem ser controladas de forma eficiente sem envolver arquiteturas de dispositivo sofisticadas quando são transformadas em um FET.

p Em 2016, o Fórum Econômico Mundial nomeou o material 2-D como uma das 10 principais tecnologias emergentes para a eletrônica do futuro. Novamente em 2018, o grafeno - um material 2-D com propriedades excepcionais - foi destacado no Fórum Econômico Mundial como um dos principais materiais plasmônicos para revolucionar a tecnologia de sensores.

p Ao fazer um transistor, o semicondutor 2-D precisa ser contatado eletricamente por duas peças de metal conhecidas como fonte e dreno. Esses processos, Contudo, cria uma resistência elétrica indesejavelmente grande, comumente conhecido como resistência de contato, na fonte e drenar os componentes. Uma grande resistência de contato pode prejudicar o desempenho do transistor e gerar uma quantidade substancial de calor no dispositivo.

p Esses efeitos adversos podem limitar severamente o potencial de materiais 2-D na indústria de semicondutores. A busca por um metal que não produza uma grande resistência de contato quando ligado a semicondutores 2-D permanece uma busca contínua até agora.

p Reportando Revisão Física Aplicada , uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) descobriu uma nova estratégia para resolver o problema de resistência de contato em semicondutores 2-D. Ao realizar uma simulação computacional de teoria funcional de densidade (DFT) de última geração, a equipe de pesquisa do SUTD descobriu que um filme ultrafino de Na ₃ Bi - um semimetal topológico recentemente descoberto cuja natureza condutiva é protegida por sua simetria de cristal - com apenas duas camadas atômicas pode ser usado como um contato de metal para semicondutores 2-D com resistência de contato ultrabaixo.

p "Descobrimos que a altura da barreira Schottky formada entre Na ₃ O semicondutor Bi e 2-D é um dos mais baixos entre muitos metais comumente usados ​​pela indústria, "disse o Dr. Yee Sin Ang, um dos cientistas líderes da equipe de pesquisa do SUTD.

p Simplificando, a barreira Schottky é uma fina camada isolante formada entre o metal e o semicondutor. A altura da barreira Schottky influencia de maneira crucial a resistência de contato. Uma pequena altura de barreira Schottky é desejável para alcançar baixa resistência de contato.

p A descoberta de que a barreira Schottky se formou entre Na ₃ Bi e dois semicondutores 2-D comumente estudados, MoS ₂ e WS ₂ , é substancialmente menor do que muitos metais comumente usados, como ouro, cobre e paládio, revela a força de filmes finos semimetais topológicos para projetar dispositivos semicondutores 2-D com eficiência energética e resistência de contato mínima.

p "Importante, descobrimos que quando semicondutores 2-D são contatados por Na ₃ B, as propriedades eletrônicas intrínsecas do semicondutor 2-D são mantidas, "disse o Dr. Liemao Cao, o especialista em DFT da equipe de pesquisa do SUTD.

p Os semicondutores 2-D podem se “fundir” com um metal em contato e se tornarem metalizados. Semicondutores 2-D metalizados perdem suas propriedades elétricas originais, que são muito necessárias para aplicações eletrônicas e optoeletrônicas. A equipe de pesquisa descobriu que Na ₃ O filme fino Bi não metaliza semicondutores 2-D. Usando Na ₃ O filme bi fino como um contato de metal com o semicondutor 2-D pode, portanto, ser altamente benéfico para aplicações de dispositivos, como fotodetectores, células solares, e transistores.

p "Nosso conceito pioneiro de sinergia de materiais 2-D e materiais topológicos oferecerá um novo caminho para o design de dispositivos eletrônicos com eficiência energética, que é particularmente importante para reduzir a pegada de energia de sistemas de computação avançados, como internet das coisas e inteligência artificial, "comentou o professor Ricky L. K. Ang, o investigador principal da equipe de pesquisa, e o Chefe da Ciência, Cluster de Matemática e Tecnologia no SUTD.