Группа физиков из США и Китая экспериментально изучила «двумерные» образцы арсенида индия InAs — двухэлементного полупроводника с узкой запрещённой зоной.

Предназначенные для исследования тончайшие плёнки InAs формировались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из GaSb/AlGaSb. На следующем этапе слой арсенида индия разрезали на ленты с помощью маски из полиметилметакрилата и травящей смеси. После этого слой AlGaSb удаляли раствором едкого аммиака, и узкие образцы InAs отрывались от GaSb специальным «штампом» из полидиметилсилоксана.

Готовые ленты толщиной в 5–50 нм, которые учёные называют квантовыми мембранами, можно переносить на самые разные материалы. В новых опытах использовались подложки двух типов — слой диоксида кремния на кремнии (Si/SiO₂) и фторид кальция CaF₂.

Рис. 1. Квантовая мембрана из арсенида индия толщиной в 7 нм, размещённая на подложке типа Si/SiO2 и покрытая слоем диоксида кремния (иллюстрация из журнала Nano Letters).

Поскольку характерный радиус экситона (квазичастицы, связанного состояния электрона и дырки) в арсениде индия довольно велик и составляет ~34 нм, можно ожидать, что эффекты пространственного ограничения здесь будут проявляться даже в слоях толщиной в несколько десятков нанометров. Исследуя мембраны по методу инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, авторы подтвердили это предположение и охарактеризовали изменения зонной структуры полупроводника, которые сопровождают уменьшение размеров плёнки.

Чтобы оценить практические характеристики квантовых мембран, их включили в структуру полевых транзисторов. При испытаниях последние вели себя совершенно не так, как стандартные транзисторы с МОП-структурой: у «квантовых» устройств, созданных с использованием 8-нанометровой мембраны, подвижность носителей заряда практически не зависела от приложенного поля и начинала снижаться только в очень сильном поле.

Напротив, образец, построенный на 48-нанометровой мембране, функционировал как самый обычный МОП-транзистор.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nano Letters.