Forskare från Trinity College Dublin, Irland har visat att PtSe2, en lite studerad övergångsmetalldikalkogenid har potential för en mängd olika användningsområden. Särskilt, PtSe2 är en utmärkt högpresterande gassensor, och tillverkningen är kompatibel med silikonchipgjuterier.

Forskare från Graphene Flagship, arbetar på AMBER-centret i Trinity College Dublin, Irland i samarbete med forskare från University of Siegen, Tyskland, och Wiens universitet, Österrike, har demonstrerat ultrasnabba och mycket känsliga gassensorer som använder platinaselenid (PtSe2). Detta material – en övergångsmetalldikalkogenid (TMD) – har lovande potential inom olika områden av nanoelektronik, inklusive optoelektronik såväl som avkänning. Denna forskning, publiceras i ACS Nano , visar potentialen hos PtSe2 i en rad tillämpningar, och presenterar detta föga studerade material som en utmärkt kandidat för vidare undersökning.

Den nya TMD skapades med en metallomvandlingsmetod, i vilken tunn platinafilm omvandlas till PtSe2 genom termiskt assisterad omvandling i selenånga vid 400 °C. PtSe2 ansluter sig nu till den växande klassen av stabila TMD:er. Georg Duesberg, från Trinity College Dublin, är studiens huvudutredare. Han sa "Vi utförde en screeningstudie av material, för att kontrollera några olika materialkombinationer. Omvandlingen av metaller är till hjälp i jakten på nya material, eftersom det är enkelt att göra. Av de andra kombinationerna som fungerade, många oxiderade omedelbart, så de var inte stabila. Vi hade mycket tur att hitta en sweet spot med detta material, och att kunna syntetisera det i stor skala."

En av fördelarna med PtSe2 är tillverkningsmetoden, som är kompatibel med tillverkning av silikonchips. "Vi odlar PtSe2 vid 400 °C vilket gör det potentiellt lämpligt för så kallad back end of line (BEOL) bearbetning. Detta innebär att den kan kombineras med befintliga enhetsarkitekturer för att lägga till ny funktionalitet, sa Niall McEvoy, en forskare vid Trinity College Dublin som utförde tillväxtexperimenten. BEOL-bearbetning kommer efter själva tillverkningen av integrerade kretsar av ett kiselchip, Det är avgörande att temperaturen är lägre än 450 °C, för att bevara den integrerade kretsens funktionalitet. "Detta är mycket intressant för flaggskeppets strävan mot industriella tillämpningar, ", tillade Duesberg. "Detta kan potentiellt odlas ovanpå ett chip. Du kan tänka dig att använda detta material för Internet of Things, sensorer och så vidare."

För att visa möjliga tillämpningar för det nya materialet, forskarna testade dess prestanda vid avkänning av NO2. "Alla våra egenodlade material är testade som gassensorer. PtSe2 visade utmärkta resultat, hög känslighet, utmärkt svarstid och nästan fullständig återhämtning, " sa Kangho Lee, en forskare vid Trinity College Dublin som utförde gasavkänningsexperimenten. Gasmolekyler som adsorberas på ytan av PtSe2 ändrar dess ledningsförmåga, sänka motståndet. Forskarna fann att PtSe2 hade extremt hög känslighet, mäter 100 ppb NO2 vid rumstemperatur. Sensorn var också extremt snabb att svara på gasen – detekterade låga mängder gas på bara några sekunder – och återhämtade sig helt inom en minut när den inerta atmosfären återställdes.

För kommersiella avkänningsapplikationer, sensorn får endast reagera på specifika gaser, så att förändringar i miljöförhållandena kan övervakas. McEvoy är optimistisk att PtSe2 kan behandlas för att ha de selektiva avkänningsegenskaper som behövs. "Med några tillagda bearbetningssteg, för att skapa selektivitet, PtSe2 skulle potentiellt kunna användas i ett brett spektrum av industriella kemiska avkänningstillämpningar, ", sa han. En potentiell väg till selektiv avkänning kan vara tillsatsen av kemiska grupper som är känsliga för den valda gasen.