日本高级科学技术研究所 半导体2D合金特写
一种硅锗合金的扫描隧道显微镜图像
67Ge0
33
高突起对应锗原子，短突起对应硅原子
突起之间的距离仅为0
64 nm
信用:安托万·弗莱伦斯，JAIST 半导体二维合金可能是克服现代电子技术限制的关键
尽管二维硅锗合金在这方面具有有趣的特性，但它们只是在理论上被预测出来的
现在，日本高级科学技术研究所的科学家们已经实现了第一次实验演示
他们还表明，硅锗比可以调整，以微调合金的电子性能，为新的应用铺平道路
合金——由不同元素或化合物组合而成的材料——自青铜时代以来，在人类的技术发展中发挥了至关重要的作用
今天，具有相似结构和相容元素的合金材料是必不可少的，因为它使我们能够微调最终合金的性能以满足我们的需求
合金提供的多功能性自然延伸到电子领域
半导体合金是一个活跃的研究领域，因为需要新材料来重新设计电子器件(晶体管)的结构单元；在这方面，二维(2-D)半导体合金被视为克服现代电子技术限制的一个有前途的选择
不幸的是，石墨烯，二维材料的碳基代表，不容易合金化，这就把它排除在外了
然而，有一个有吸引力的选择:硅化烯
这种材料完全由硅原子组成，排列成类似石墨烯的二维蜂窝状结构
如果硅烯的性质可以根据需要进行调整，二维硅基纳米电子学领域将会起飞
虽然理论上预测将硅烯与锗合金化可以产生稳定的二维结构，其性质可以通过硅锗比来调节，但这在实践中从未实现
现在，日本高级科学技术研究所(JAIST)的一组科学家已经实验性地展示了一种生长硅层的新方法，并用锗稳定地取代硅层的一部分原子，使他们能够微调硅层的一些电学特性
他们的研究发表在《物理评论材料》上
首先，科学家们通过硅原子的表面分离在硅衬底上生长的二硼化锆薄膜上生长了一层二维硅烯，硅原子在二维蜂窝状结构中结晶
然而，这个硅质岩层并不完全平坦；六分之一的硅原子比其余的稍高，形成周期性的突起
" 然后，在超高真空条件下，锗原子沉积在硅层上
有趣的是，理论计算和通过显微镜和光谱学进行的实验观察都揭示了锗原子只能取代突出的硅原子
通过调节沉积的锗原子的数量，可以生产出具有所需硅锗比的硅锗合金
因此，最终材料的成分将是si6xgex，其中x可以是0到1之间的任何数字
研究小组随后研究了这种可调节的硅锗比对硅锗合金电子性质的影响
他们发现它的电子能带结构是半导体最重要的特征之一，可以通过控制材料的成分在特定范围内进行调整
该研究的主要作者、高级讲师安东尼·弗勒伦斯(Antoine Fleurence)对这一结果感到兴奋，他说:“硅和锗是半导体工业中常用的元素，我们表明，有可能设计二维硅锗合金的能带结构，使其类似于用于各种应用的块状(三维)硅锗合金
" 这项研究的意义很重要，原因有很多
首先，二维材料的极致轻薄和灵活性对许多应用都很有吸引力，因为这意味着它们可以更容易地集成到日常生活设备中
其次，这一结果可能为电子技术的突破铺平道路
该项研究的合著者之一，日本科技大学的山田幸子教授解释道，“由硅和锗制成的半导体二维材料，其厚度精确到原子级，可以进一步减小电子器件的基本砖块的尺寸
这将代表硅基纳米技术的一个技术里程碑
" 总的来说，这项研究展示了合金化作为一种生产比单一元素或化合物更理想的材料的方法的一些优点
让我们希望半导体二维合金被进一步精炼，以便它们能在下一代电子设备中成为焦点
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
