Tvådimensionella material har en hel mängd exotiska egenskaper eftersom de bara är en atom tjocka. A*STAR-forskare har nu utvecklat en metod för att skapa stora ytor av atom-tunt material för användning i elektroniska enheter.

Grafen, ett enda lager kolatomer arrangerade i ett bikakeliknande mönster, är det mest kända exemplet på ett tvådimensionellt material. Det är starkare än stål, har utmärkta elektriska egenskaper, och kan användas för att göra tvådimensionella anordningar som är mycket mindre än de som för närvarande är gjorda av bulk eller tunnfilmskisel. Dock, det är inte en halvledare. Och så vänder sig forskare till andra material som har denna väsentliga egenskap för att skapa transistorer.

Shijie Wang från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och hans medarbetare har nu demonstrerat en teknik för att skapa ett enda atomskikt av molybdendisulfid-en tvådimensionell halvledare.

Molybdendisulfid tillhör en familj av material som kallas övergångsmetalldikalkogenider. De har två kalkogenidatomer (som svavel, selen eller tellur) för varje övergångsmetallatom (molybden och volfram är exempel). Dessa material och deras stora utbud av elektriska egenskaper ger ett utmärkt plattformsmaterialsystem för mångsidig elektronik. Men att skapa material av hög kvalitet över områden som är tillräckligt stora för industriell produktion är svårt.

"Traditionella mekaniska peelingmetoder för att erhålla tvådimensionella material har begränsad användbarhet i kommersiella tillämpningar, och alla tidigare kemiska metoder är inkompatibla för integration med tillverkning av enheter, "säger Wang." Vår teknik är en ettstegsprocess som kan odla enskiktsfilmer av god kvalitet, eller några lager molybden -disulfidfilmer, i skivor på olika substrat med magnetronförstoftning. "

Teamet avlossade en stråle av argonjoner mot ett molybdenmål i en vakuumkammare. Detta matade ut molybdenatomer från ytan där de reagerade med en närliggande svavelånga. Dessa atomer monterades sedan på ett uppvärmt substrat av antingen safir eller kisel. Teamet fann att de kunde växa monoskikt, tvåskikt, trelager eller tjockare prover genom att ändra kraften hos argon-jonstrålen eller avsättningstiden.

De bekräftade kvaliteten på deras material med hjälp av ett antal vanliga karakteriseringsverktyg inklusive Raman -spektroskopi, atomkraftsmikroskopi, Röntgenfotoelektronspektroskopi och transmissionselektronmikroskopi. Forskarna demonstrerade också de utmärkta elektriska egenskaperna hos deras molybdendisulfidfilmer genom att skapa en fungerande transistor (se bild).

"Vårt nästa steg i detta arbete kommer att fokusera på tillämpningen av denna teknik för att syntetisera andra tvådimensionella material och integrera dem med olika material för olika apparatapplikationer, säger Wang.