Vật liệu bán dẫn hai chiều đã được xem xét là lựa chọn tiềm năng cho sự phát triển của thiết bị điện tử mỏng và nhỏ gọn. Chúng có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng duy trì tính linh hoạt của các vật mang khi giảm độ dày. Tuy nhiên, cho đến nay, chất bán dẫn 2D chủ yếu được sử dụng để tạo ra bóng bán dẫn nhiều lớp, việc tạo ra bóng bán dẫn đơn lớp từ những vật liệu này vẫn là một thách thức.

Trong khi tập trung giải quyết vấn đề tạo ra tiếp xúc điện với các vật liệu 2D nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát minh kỹ thuật bóc tách van der Waals để tạo ra các bóng bán dẫn đơn lớp. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Electronics.

Mục tiêu chính trong công việc gần đây của nhóm các nhà nghiên cứu này là tạo ra các bóng bán dẫn mới dựa trên chất bán dẫn 2D đơn lớp ngoài những chất bán dẫn cho đến nay chủ yếu được sử dụng trong thiết kế bóng bán dẫn đơn lớp. Điều này đặt ra một số thách thức vì một số vật liệu này khó thu nhỏ quy mô một cách đồng nhất mà không ảnh hưởng đến các đặc tính bên trong của chúng.

Sử dụng phốt pho đen và arsenide gecmani làm vật liệu cơ sở, nhóm nghiên cứu đã phát minh ra kỹ thuật bóc tách van der Waals (vdW) được sử dụng để tạo ra các bóng bán dẫn 2D đơn lớp với các tiếp điểm nâng lên 3D. Kỹ thuật này đòi hỏi phải dán các kim loại phẳng lên các kênh 2D nhiều lớp. Từ đó cho phép loại bỏ lớp bán dẫn ở trên cùng của ngăn xếp bằng cách bóc lớp kim loại ra. Thông qua quá trình bóc tách cơ học từng lớp, vùng kênh của bóng bán dẫn phốt pho đen đa lớp có thể giảm dần độ dày xuống đơn lớp mà vẫn giữ được vùng tiếp xúc nhiều lớp. Kết quả là, nhóm nghiên cứu đã có thể làm mỏng phần kênh của bóng bán dẫn mà vẫn duy trì độ dày cần thiết ở vùng tiếp xúc.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đo đặc tính điện của bóng bán dẫn 2D với độ dày kênh khác nhau. Kết quả cho thấy, độ linh động của phốt pho đen giảm khi giảm độ dày cơ thể, hành vi này giống như một chất bán dẫn khối thông thường hơn là chất bán dẫn van der Waals tinh khiết.

Nghiên cứu này mở ra cánh cửa cho việc áp dụng kỹ thuật bóc tách van der Waals vào các vật liệu đơn lớp không ổn định khác ngoài chất bán dẫn 2D. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các vật liệu trước đây coi là không dẫn điện hoặc có đặc tính nội tại kém, như đơn lớp hữu cơ và đơn lớp perovskite, mở ra cơ hội mới cho các ứng dụng điện tử và điện tử mỏng.