Проводимое исследование входит в стратегический проект развития Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского «Инфокоммуникационные технологии и элементная база терагерцовой микро- и наноэлектроники («ИКТ – Электроника»)». Он реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030».

Ученые разработали физико-технические подходы к получению новых двумерных гибридных материалов. С их помощью можно увеличить срок службы детекторов ультрафиолетового излучения. Исследование проводилось с декабря 2021 года по апрель 2022.

Для такой модели материалов использовали «фрагментарные части» с различной степенью проводимости (металл, полупроводник, диэлектрик) в виде ван-дер-ваальсовых гетероструктур. Это специальный «конструктор» из разного рода кристаллов, которые удерживаются вместе силами межатомного взаимодействия (силами ван-дер-Ваальса). В СГУ исследовали сочетания борофена, который играл роль металла, с полупроводниковыми слоями нитрида галлия (GaN) и оксида цинка (ZnO).

Ученые рассказали, что борофен обладает полиморфизмом, то есть это вещество способно находиться в разных кристаллических формах при одном и том же химическом составе. Поэтому требования к кристаллической решетке второго материала снижаются. Материал легкий, прочный и в тоже время гибкий, обладает высокой проводимостью и оптической прозрачностью. Сочетание всех этих свойств делают его одним из наиболее перспективных материалов в нано- и оптоэлектронике.

«Выбор монослоев ZnO и GaN объясняется их ярко выраженными полупроводниковыми свойствами за счет наличия в зонной структуре этих материалов заметной энергетической щели, а также близким соответствием их параметров кристаллической решетке с кристаллической решеткой борофена, что позволяет существенно уменьшить размеры рассчитываемых атомарных структур», — объяснила выбор материалов руководитель исследовательской группы, заведующая кафедрой радиотехники и электродинамики профессор Ольга Глухова.

По данным ученых, разработанные комбинации материалов позволяют добиться высоких значений силы тока в приборах. Если в уже известных ван-дер-ваальсовых гетероструктурах значения тока составляют не более нескольких наноампер, то в новых сочетаниях борофена и полупроводников при том же напряжении они измеряются уже десятками микроампер.  Также эти гетероструктуры превосходят аналоги по энергии связи в несколько раз: в случае контакта борофена с нитридом галлия — в два, а в гетероструктуре с оксидом цинка — в три.

Предложенная технология материалов сможет стать основой для новых типов полевых вертикальных транзисторов с потенциальным барьером в зоне контакта полупроводника с металлом, а также высокоточных детекторов УФ-излучения. Такие приборы используются для анализа биологических и химических веществ, отслеживания изменений окружающей среды, а также исследований в области астрономии и космонавтики.