هندسة فجوة الطاقة لمواد أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد

الملخص تعتبر أشباه الموصلات أساسًا للعديد من التقنيات الحيوية مثل الإلكترونيات، الحوسبة، الاتصالات، الإلكترونيات الضوئية، والاستشعار. يمكن تتبع أصول تقنيات أشباه الموصلات الحديثة إلى اختراع الترانزستور ذي الاتصال النقطي في عام 1947. لقد مهدت هذه التجربة الطريق لتطوير أجهزة ودارات أشباه الموصلات المنفصلة والمُدمجة، مما ساعد على بناء مجتمع حديث حيث تُعتبر أشباه الموصلات مكونات شائعة في الحياة اليومية. خاصية رئيسية تحدد الخصائص الكهربائية والبصرية لأشباه الموصلات هي فجوة الطاقة. بالإضافة إلى الجرافين، المواد الثنائية الأبعاد (2D) المكتشفة حديثًا تمتلك فجوات طاقة شبه موصلة تتراوح بين التيراهرتز والأشعة تحت الحمراء المتوسطة في الجرافين ثنائي الطبقات والفوسفور الأسود، والأشعة المرئية في ثنائيات الكبريتيد لمعدن الانتقال، إلى الأشعة فوق البنفسجية في نيتريد البورون السداسي. على وجه الخصوص، تم إثبات أن هذه المواد الثنائية الأبعاد تظهر فجوات طاقة قابلة للتعديل بدرجة عالية، يتم تحقيقها عبر التحكم في عدد الطبقات، والهندسة الهجينة، وهندسة الشد، والتطعيم الكيميائي، والسبائك، والتداخل، وهندسة الركيزة، بالإضافة إلى مجال كهربائي خارجي. نقدم مراجعة للمبادئ الفيزيائية الأساسية لهذه التقنيات المختلفة في هندسة فجوات الجسيمات الكمية وفجوات الطاقة الضوئية، وقابلية تعديل فجواتها، وإمكاناتها وقيودها في التحقيق العملي في تقنيات الأجهزة ثنائية الأبعاد المستقبلية.