Ученые создали новый полупроводниковый 2D наноматериал на основе кремния

Химики из Университета Брауна, штат Род-Айленд, США, получили новый двумерный графеноподобный полупроводниковый наноматериал на основе «старожила» полупроводникового мира – кремния.

В статье, опубликованной в журнале Nanoletters (DOI: 10.1021/nl504330g), исследователи описывают способ получения нанолент и нанопластин из теллурида кремния. Чистый материал является полупроводником р-типа (носителем положительного заряда) и может быть использован в различных электронных и оптических устройствах. Благодаря слоистой структуре есть возможность введения в межслоевое пространство лития и магния, позволяющая использовать наноматериал в качестве электродов этих типов батарей.

По словам Кристи Коски, доцента кафедры химии в Университете Брауна и главы исследовательской группы, кремнийсодержащие соединения – основа современной электроники. Теллурид кремния также принадлежит к этому классу соединений. Новый метод демонстрирует возможность его использования для создания многоуровневых двумерных наноструктрур. Коски и ее команда синтезировали новые материалы осаждением из паровой фазы в трубчатой ​​печи. При нагревании в трубке кремния и теллура они испаряются и взаимодействуют, образуя прекурсор, который, осаждается на подложку с помощью газа-носителя аргона. Теллурид кремния далее растет из прекурсора. Изменяя температуру печи и варианты обработки подложки можно синтезировать различные структуры. Благодаря тонкой настройке процесса, исследователи получили наноленты от 50 до 1000 нанометров в ширину и около 10 микрон в длину. Они также вырастили плоские нанопластины на подложке, перпендикулярно ее плоскости. Каждая из форм имеет свою ориентацию кристаллической структуры материала, следовательно, все они имеют различные свойства и могут найти применение в различных областях науки и промышленности.

Исследователи также показали, что материал можно легировать, используя различные подложки. Допирование –  процесс, посредством которого в материал вводятся мельчайшие примеси для изменения электрических свойств материала. Теллурид кремния может быть легирован алюминием при выращивании на сапфировой подложке. Этот процесс может быть использован, например, для изменения p-типа полупроводника (носит положительный заряд) на n-тип (носит отрицательный заряд).

Материал пока не очень стабилен в атмосферных условиях, но ученые уже нашли способ это исправить. Окисление теллурида кремния, а затем выжигание из него теллура приводит к образованию на поверхности покрытия из оксида кремния, которое значительно повышает стабильность материала. 

Коски и ее команда планируют продолжить тестирование электронных и оптических свойств материала.