Forskare från North Carolina State University har utvecklat ett nytt sätt att överföra tunna halvledarfilmer, som bara är en atom tjock, på godtyckliga substrat, banar väg för flexibla datorer eller fotoniska enheter. Tekniken är mycket snabbare än befintliga metoder och kan perfekt överföra tunna filmer i atomskala från ett substrat till andra, utan att orsaka några sprickor.

Det handlar om molybdensulfid (MoS2) tunna filmer som bara är en atom tjocka, först utvecklad av Dr. Linyou Cao, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid NC State. MoS2 är ett billigt halvledarmaterial med elektroniska och optiska egenskaper liknande material som redan används i halvledarindustrin.

"Det slutliga målet är att använda dessa halvledande tunna filmer i atomskikt för att skapa enheter som är extremt flexibla, men för att göra det måste vi överföra de tunna filmerna från substratet som vi använde för att göra det till ett flexibelt substrat, säger Cao, som är senior författare till en artikel om den nya överföringstekniken. "Du kan inte göra den tunna filmen på ett flexibelt substrat eftersom flexibla substrat inte tål de höga temperaturer du behöver för att göra den tunna filmen."

Caos team gör MoS2-filmer som är en atomtjocka och upp till 5 centimeter i diameter. Forskarna behövde hitta ett sätt att flytta den tunna filmen utan att skrynkla eller spricka den, vilket är utmanande på grund av filmens extrema delikatess.

"För att sätta den utmaningen i perspektiv, en atomtjock tunn film som är 5 centimeter bred motsvarar ett papper som är lika brett som en stor stad, " sa Cao. "Vårt mål är att överföra så stort, tunt papper från en stad till en annan utan att orsaka några skador eller rynkor."

Befintliga tekniker för att överföra sådana tunna filmer från ett substrat är beroende av en process som kallas kemisk etsning, men kemikalierna som är involverade i den processen kan skada eller förorena filmen. Caos team har utvecklat en teknik som drar fördel av MoS2:s fysiska egenskaper för att överföra den tunna filmen med endast rumstempererat vatten, en vävnad och en pincett.

MoS2 är hydrofob - det stöter bort vatten. Men safirsubstratet som den tunna filmen odlas på är hydrofilt - det drar till sig vatten. Caos nya överföringsteknik fungerar genom att applicera en droppe vatten på den tunna filmen och sedan peta i kanten av filmen med en pincett eller en skalpell så att vattnet kan börja tränga in mellan MoS2 och safiren. När den väl har börjat tränga in, vattnet trycker in i springan, flytande den tunna filmen ovanpå. Forskarna använder en vävnad för att suga upp vattnet och lyfter sedan upp den tunna filmen med en pincett och placerar den på ett flexibelt underlag. Hela processen tar ett par minuter. Kemisk etsning tar timmar.

"Vattnet bryter vidhäftningen mellan substratet och den tunna filmen - men det är viktigt att ta bort vattnet innan filmen flyttas, " säger Cao. "Annars, kapillärverkan skulle få filmen att spännas eller vikas när du tar upp den.

"Denna nya överföringsteknik tar oss ett steg närmare att använda MoS2 för att skapa flexibla datorer, " tillägger Cao. "Vi är för närvarande i färd med att utveckla enheter som använder denna teknik."