Electrónica programable basada en el dopaje reversible de semiconductores 2-D
En los últimos años, los investigadores han intentado desarrollar nuevos tipos de dispositivos electrónicos de alto rendimiento. A medida que los dispositivos basados en silicio se acercan a su máximo rendimiento, recientemente han comenzado a explorar el potencial de fabricar productos electrónicos utilizando superconductores alternativos.
Los semiconductores bidimensionales (2-D), como el grafeno o diselenuro de tungsteno (WSe2), son particularmente prometedoras para el desarrollo de la electrónica. Sin embargo, desafortunadamente, controlar las propiedades electrónicas de estos materiales puede ser un gran desafío, debido a la cantidad limitada de espacio dentro de sus celosías para incorporar impurezas dopantes (un proceso que es crítico para controlar el tipo de portador y las propiedades electrónicas de los materiales semiconductores).
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles han ideado recientemente un enfoque que podría permitir el desarrollo de dispositivos programables hechos de semiconductores 2-D. Este enfoque, presentado en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza, aprovecha una transición de fase superiónica en yoduro de plata para adaptar el tipo de portador dentro de los dispositivos hechos de WSe2 a través de un proceso llamado dopaje iónico conmutable.
“El objetivo central de nuestro trabajo fue crear dispositivos electrónicos programables que sean programables a temperatura moderada y operables de manera estable a temperatura ambiente”, dijo a TechXplore Xiangfeng Duan, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. “Nuestro estudio es el primero en demostrar que los materiales superiónicos pueden usarse para adaptar el tipo de portador de carga de semiconductores atómicamente delgados y crear componentes electrónicos programables como diodos y transistores con polaridades conmutables, que operan de manera estable a temperatura ambiente y pueden ser borrados por ciertos señales ambientales.”
En los últimos años, varios investigadores han intentado utilizar líquidos iónicos como agentes de dopaje electrostático para programar dispositivos basados en semiconductores 2-D. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos resultantes solo pueden funcionar a un rango limitado de temperaturas, que normalmente son muy bajas. La razón principal de esto es que estos líquidos tienden a tener una alta conductancia iónica a temperatura ambiente y el dopaje iónico programado puede relajarse rápidamente.
Para superar las limitaciones de la electrónica basada en semiconductores 2-D previamente desarrollada, los investigadores doparon sus dispositivos con yoduro de plata superiónico de estado sólido. Con una transición de fase superiónica aguda, el yoduro de plata presenta un interruptor muy grande de conductancia iónica en una ventana de temperatura estrecha. Estas propiedades del yoduro de plata permitieron a Dua y sus colegas programar sus dispositivos a temperaturas moderadas, al mismo tiempo que permitieron su funcionamiento estable en condiciones ambientales.
“Nuestra estrategia no solo resuelve los desafíos tecnológicos actuales en el dopaje selectivo de semiconductores 2-D, sino que también permite la creación de un nuevo tipo de dispositivos electrónicos entregables, cuyas funciones programadas pueden borrarse bajo demanda por señales ambientales como la temperatura y los rayos ultravioleta. radiación “, dijo Duan. “Creemos que estas cualidades son deseables para la seguridad, la protección de la privacidad o la defensa de la información electrónica en el futuro”.
En el futuro, la estrategia de diseño y el enfoque de dopaje iónico en estado sólido ideados por este equipo de investigadores podrían allanar el camino para el desarrollo de electrónica programable basada en semiconductores 2-D, que pueden operar tanto a temperaturas bajas como moderadas. Mientras tanto, Duan y sus colegas planean realizar más estudios que exploren el potencial de su enfoque para desarrollar otros tipos de dispositivos.
“En nuestros próximos estudios, exploraremos esta nueva dirección para la electrónica futura aprovechando las ventajas de las interesantes interacciones entre el transporte de electrones en semiconductores atómicamente delgados y el transporte iónico en materiales iónicos”, dijo Duan. “La combinación de ambos también puede conducir al desarrollo de un tipo único de dispositivos neuromórficos”.
