Инжиниринг запрещённой зоны двумерных полупроводниковых материалов

Полупроводники лежат в основе многих важных технологий, таких как электроника, вычислительная техника, связь, оптоэлектроника и сенсоры. Современная полупроводниковая технология берет своё начало от изобретения точечного переходного транзистора в 1947 году. Это достижение открыло путь к разработке раздельных и интегральных полупроводниковых устройств и схем, что способствовало созданию современного общества, где полупроводники являются повсеместными компонентами повседневной жизни. Ключевым параметром, определяющим электрические и оптические свойства полупроводников, является запрещённая зона. Помимо графена, недавно открытые двумерные (2D) материалы имеют полупроводниковые запрещённые зоны, простирающиеся от терагерцового и среднеинфракрасного диапазонов в билайерном графене и чёрном фосфоре, видимого диапазона в дихалькогенидах переходных металлов, до ультрафиолетового в гексагональном нитриде бора. В частности, было показано, что эти 2D материалы обладают высокой настраиваемостью запрещённой зоны, достигаемой посредством контроля числа слоёв, создания гетероструктур, деформационного (strain) инжиниринга, химического легирования, легирования сплавами (alloying), интеркаляции, инженерии подложки, а также приложения внешнего электрического поля. Мы даём обзор основных физических принципов этих различных методов инженерии квазичастичных и оптических запрещённых зон, их настраиваемости, а также возможностей и ограничений практической реализации в будущих 2D устройство-технологиях.