研究发现新型半导体 或推动低功耗电子设备发展

盖世汽车讯 据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）和麻省理工学院（MIT）合作制造出一种新型半导体硒化锡（SnSe）。该半导体厚度仅为几个原子，并以不寻常的方式与光相互作用。与当前电子产品相比，这种新的半导体可降低计算和通信新技术所需的功耗。

图片来源：MIT

硒化锡是一种二元化合物，由锡和硒以1:1的比例组成。该新型半导体将有助于开发称为“光子学”的新型电子器件。传统电子学使用电子来存储、操控和传输信息，而该电子器件使用的是光粒子或光子。该材料与光具有特殊的相互作用，使其在电子产品中具有巨大的应用潜力。

该研究的主要作者、麻省理工学院材料科学与工程系的博士后助理Wouter Mortelmans表示：“该材料可以被描述为一种具有两种不同颜色的材料，这意味着观察方向不同，看到的颜色也不同。这种特殊的光学特性对于使用光计算、存储或传输信息可能非常有用。”

Mortelmans说，为利用这些与方向相关的特性，该材料制造必须通过原子精度控制来完成。颜色对材料方向的依赖性将使材料质检过程更快、更容易。

该研究的高级作者、麻省理工学院材料科学与工程系Thomas Lord副教授Rafael Jaramillo表示：“我们需要一种可靠的方法来制造材料，制造符合规格的设备，而不必担心自然变化。”

实现这种精密、完美材料的关键是被称为外延（epitaxy）的工艺，而这种工艺对于原子级薄半导体来说可能具有挑战性。

宾夕法尼亚州立大学材料研究所二维晶体联盟（2DCC）、薄膜-MBE助理研究教授Maria Hilse表示：“外延类似于玩乐高积木，感兴趣的材料被分解成三角形或矩形的乐高积木小块。底座是一个超洁净的主晶体基板，可以在上面放置一定形状的‘乐高’积木。理想情况下，我们选择的起始基板会与我们想要构成材料的晶体结构完美契合，即我们的乐高积木。通过使用SnSe，我们将有一个矩形乐高积木池，我们可将它们组装在一个具有氧化铝（11-20）表面的矩形乐高底板上。”

Mortelmans说：“我们为具有原子精度控制的2D材料开发出一种新的外延工艺，对于生产高质量2D材料有全新的见解。二维材料外延工艺研究领域的时间校短，还有很多优化空间。凭借在这项工作中获得的新见解，我们希望进一步为二维材料外延工艺的进步做出贡献。”

此外，研究人员还开发出一种原始的结构表征方法，可测量外延生长的二维材料的质量。Jaramillo说：“这种快速简便的结构表征方法适用于所有具有取向相关光学特性的材料，且可以显著减少进一步开发此类材料的时间和成本。”

反过来，该研究可使应用广泛的光子技术具有更多社会效益，如降低大型电子设备的功耗，以及用于农业、空气质量监测、公共卫生和交通的低成本环境传感器，甚至用于改进自动驾驶汽车安全系统的计算机视觉和基于光的传感。

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