Det är nu möjligt att odla ultratunna skivor av molybdendisulfid med stor yta, ett tvådimensionellt (2D) material som lovar nästa generation av elektroniska och optoelektroniska enheter, tack vare en ny twist på en standardmetod utvecklad av A*STAR-forskare.
Molybdendisulfid, en av en familj av så kallade halvledande övergångsmetalldikalkogenider (TMDC), har väckt stor uppmärksamhet som ett 2D-material, tack vare dess anmärkningsvärda elektroniska och optoelektroniska egenskaper. Men att förbereda stora atomärt tunna lager av TMDC är notoriskt svårt, med konventionella odlingsmetoder såsom mekanisk exfoliering och fysisk ångavsättning, vilket ger enskiktsfilmer som bara är några mikrometer stora.
För att övervinna begränsningen av ett sådant användbart material, Dongzhi Chi och Hongfei Liu från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering sökte efter ett sätt att modifiera en standardtillverkningsteknik, att odla hög kvalitet, millimeterstora enkelskiktiga molybdendisulfid nanoark.
"Tillväxtmekanismen för 2D-filmer är fortfarande inte helt klarlagd och är ett stort hinder för deras storskaliga användning i elektroniska applikationer, ", säger Chi. "Att odla 2D-material med stora ytor möjliggör storskalig tillverkning av integrerade kretsar med hjälp av konventionella halvledarbearbetningsmetoder."
Genom att modifiera kemisk ångavsättning – ett tillverkningsverktyg som används i allt från solglasögon till potatispåsar och grundläggande för produktionen av mycket av dagens elektroniska apparater – kunde de odla enskiktiga molybdendisulfid nanoark med kraftigt ökad kornstorlek.
"Mindre kornstorlekar resulterar i strukturella defekter, så att enheter tillverkade med sådana material fungerar dåligt, " förklarar Chi. "Större kornstorlek 2D TMDC, dock, minimera dessa defekter och leda till förbättrad prestanda."
I en trycksatt reaktionskammare, pulveriserad molybdentrioxid och svavel förångades. För att skapa större kornstorlekar, forskarna ökade temperaturen i reaktionskammaren och använde en skuggmask av kisel eller kvarts, hålls över ett safirsubstrat, att indirekt tillföra molybdentrioxid- och svavelångorna till den framskridande molybdendisulfidtillväxtfronten på substratet.
Ripples infördes i enkelskikts molybdendisulfid nanoskivor genom att belysa dem med en laser. Dessa krusningsstrukturer förutspås ha en betydande effekt på den elektroniska, mekanisk, och transportegenskaper hos molybdendisulfid i ett skikt.
För att jämföra nanoskivorna av molybdendisulfid i ett lager och deras laserinducerade krusningsstrukturer, forskarna använde ett antal karaktäriseringsverktyg, inklusive Raman-spridning och fotoluminescensspektroskopi samt atomkraftsmikroskopi.
"Att studera dessa material kan leda till upptäckten av ny fysik och även hjälpa till att tillverka elektroniska och optoelektroniska enheter med nya funktioner och förbättrade prestanda, säger Chi.
