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中美合作研发纳米新材料 助力超薄半导体器件

发布日期:2014-12-26 14:34:10 【关闭】
摘要:中美合作研发纳米新材料 助力超薄半导体器件

这项研究得到了陆军研究办公室多学科大学研究倡议、半导体技术先进研究网络功能加速纳米材料工程分部、微电子先进研究协会、国防高级研究计划局、荷兰科学研究组织、罗伯特A.韦尔奇基金会、国家安全科学与工程学院奖学金和海军研究办公室的资金支持。重视程度可见一斑,外行看热闹,内行看门道……

  美国莱斯大学研发的一个原子级薄的材料,这或可能导致研发目前最薄的成像平台。基于金属硫族化合物的合成二维材料可能是超薄设备的基础,莱斯大学的研究人员这样表示。其中一个这样的材料二硫化钼,因其检测光的特性而被广泛研究,但是铜铟硒化物也表现出同样非凡的潜力。

  莱斯大学材料学科学家普利克尔·阿加延实验室的研究生雷思东合成了CIS,一种单层铜、铟和硒原子矩阵。雷还建立了一个模型——一个三像素电荷耦合器件——以证明材料捕捉图像的能力。这项研究被发表在美国化学协会的期刊《纳米快报》上。

雷表示这种光电子记忆材料可能是捕捉图像的二维电子元件的重要组成部分。“传统的电荷耦合器件厚重且坚硬,将它们与二维元素相结合是没有意义的。”雷解释道。“而基于铜铟硒化物的电荷耦合器件非常薄、透明和灵活,这正是二维成像器件所缺失的。”

  当光照射到材料上,这一器件可以围困形成的原子,并一直保留它们直到它们被释放用于存储目的。铜铟硒化物对光高度敏感,因为被围困的电子会缓慢消散,莱斯大学材料科学和纳米工程学院的研究员罗伯特·沃伊塔伊这样解释道。“感知光的二维材料有很多,但没有一种能够如此高效。这种新材料比我们之前见过最好的材料高效10倍。”

  由于这种材料是透明的,基于铜铟硒化物的扫描仪可以从一面利用光照亮图片,而另一边用于捕捉图片。在医疗方面的应用,雷设想铜铟硒化物可以用于小型生物成像器件,通过与其它二维电子元件相结合,从而进行实时监测。

  在这项最新研究的实验里,雷与同事培养了合成的铜铟硒化物晶体,他们从晶体里抽取了单层,然而测试单层捕捉光的能力。这一铜铟硒化物单层厚度大约为2纳米,包含9个原子厚的晶格。这一材料也可以通过化学气相沉积的方法培养,产生的晶体大小将受到熔炉大小的限制。

  由于铜铟硒化物是灵活的,它还能弯曲以匹配成像透镜系统的焦面。雷表示这将支持对像差的实时纠正以及极大的简化整个光学系统。这项研究的其它合作作者还包括莱斯大学研究生温芳芳和龚勇吉;博士后研究员李博、董培、安东尼·乔治和葛烈辉;本科生王琦中、詹姆斯·贝拉和黄一瀚;以及一些补充人员,包括来自中国兰州大学的何永敏、科学与纳米工程的助理教授娄军、电子和计算机工程系斯坦利C.穆尔教授、化学、生物医学工程、物理学和天文学教授、材料科学和纳米工程学院的内奥米·哈拉斯。阿加延是莱斯大学本杰明M和玛丽格林伍德安德森研究机械工程和材料科学教授、材料科学与纳米工程教授兼院长和化学系教授。
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