de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ist es gelungen, eine neue Struktur zu entwickeln, die das „elektrische Engpassproblem“ von Halbleitern lösen kann. Erstmals wurde direkt nachgewiesen, dass elektrische Ladungen kontinuierlich und ununterbrochen fließen können. Diese Errungenschaft unter der Leitung von Professor Seungbum Hong vom Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, in Zusammenarbeit mit Professor Kibum Kang vom selben Fachbereich sowie dem Team von Professor Sung Beom Cho von der Sungkyunkwan-Universität, könnte sich als Schlüsseltechnologie zur Verbesserung der Leistung und Energieeffizienz zukünftiger Bauelemente wie KI-Halbleiter und extrem stromsparender Halbleiter erweisen.
In Halbleitern erhöht der Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zwischen Metallelektrode und Halbleiter die Leistungsaufnahme und verringert die Leistungsfähigkeit. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleitern wird der Einfluss des Kontaktwiderstands größer und stellt eine der anspruchsvollsten technischen Hürden für die Entwicklung der nächsten Halbleitergeneration dar. Anders als die herkömmliche Methode, bei der Metallelektroden auf der Oberseite des Halbleiters platziert werden, erzeugte das Forschungsteam kontinuierlich eine Halbmetallzone (semimetal region) und eine Halbleiterzone (semiconductor region) in einem einzigen zweidimensionalen Material. Dadurch entstand eine monolithische Struktur, bei der beide Bereiche innerhalb desselben Materials natürlich miteinander verbunden sind. Das Team wies erstmals nach, dass elektrischer Strom ungehindert über die Grenze fließen kann.
Konkret realisierte das Team die kontinuierliche Bildung von Halbmetall- und Halbleiterzonen in einem atomar dünnen, zweidimensionalen Platindiselenid (PtSe₂)-Film. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM, atomic force microscopy) wurde der Ladungstransport im Inneren des Films auf der Nanoskala direkt visualisiert. Erstmals konnte bestätigt werden, dass der Strom beim Fließen von der Halbmetallzone zur Halbleiterzone natürlich und kontinuierlich ist, ohne Blockaden oder Verbiegungen des Strompfades – also ohne „elektrischen Engpass“. Dies ist der erste experimentelle Nachweis, dass eine monolithische Grenzfläche den Stromfluss nicht stört.
Darüber hinaus verifizierte das Team den Bauelementbetrieb durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Halbleiterzone und bestätigte, dass der Stromfluss in der Metall-Halbleiter-Struktur stabil gesteuert werden kann. Dies zeigt das Potenzial dieser Struktur für zukünftige elektronische Bauelemente. Die Studie stellt eine Quelltechnologie dar, die den Kontaktwiderstand von auf zweidimensionalen Materialien basierenden Halbleiterbauelementen der nächsten Generation drastisch reduzieren kann. Es wird erwartet, dass sie breite Anwendung in Bereichen wie KI-Halbleitern, extrem stromsparenden Halbleitern und Logikhalbleitern der nächsten Generation findet.
Die gemeinsamen Erstautoren der Studie sind die Doktoranden Yeongyu Kim und Dr. Minseung Gyeon vom Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik des KAIST sowie der Doktorand Ji Hoon Hong von der Sungkyunkwan-Universität. Die Forschungsergebnisse wurden in der Juli-Ausgabe 2026 der internationalen Fachzeitschrift für Materialwissenschaften „Matter“ veröffentlicht. Die Studie wurde durch das „STEAM-Forschungsprogramm“ und das „Nanomaterial-Technologieentwicklungsprogramm“ des Ministeriums für Wissenschaft und IKT sowie der National Research Foundation von Korea unterstützt.
