Kredit:National Physical Laboratory
En världsförsta oförstörande kvalitetskontrollmetod från National Physical Laboratory (NPL) har gjort det möjligt för Oxford Instruments att kommersialisera wafer-skala tillverkningsteknik för 2D-material MoS 2 .
Efterfrågan på miniatyrisering av elektronik, som smartphones, wearables och Internet of Things-enheter, fortsätter att växa, men industrin når nu skalningsgränsen för traditionella kiselmaterial. Tvådimensionella (2D) material har rönt stort intresse de senaste åren på grund av sina unika elektriska och mekaniska egenskaper, tillsammans med atomärt tunna dimensioner.
Medan grafen var det första 2D-materialet som studerades i detalj, det finns nu även fokus på andra 2D-material med olika egenskaper och nya applikationer. Bland dessa, enkelskikts molybdendisulfid (MoS 2 ), ett halvledande 2D-material, genererar ett stort intresse på grund av dess tekniskt exploaterbara elektroniska och optiska egenskaper som kan bana väg för nästa generation av elektronik- och optoelektronikenheter.
För att kommersialisera elektroniska enheter gjorda av 2D-material, industrin står inför en utmaning att utföra kvalitetskontroller utan att förstöra eller skada materialet. Eftersom ett enkelskikt av ett 2D-material bara är en enda atom eller molekyl tjock, att bedöma deras kvalitet hittills har endast varit möjligt med hjälp av destruktiva tekniker. Defekter förväntas ha en kritisk inverkan på MoS prestanda 2 -baserad elektronisk utrustning, så förmågan att undersöka och kvantifiera antalet defekter utan att orsaka skada är avgörande för att möjliggöra storskalig tillverkning av materialet, enhetstillverkning och materialfunktionalisering.
Oxford Instruments, en ledande leverantör av högteknologiska system och verktyg för industri och forskning, tittade på att utveckla ett nytt deponeringssystem och en ny process som kunde producera MoS 2 på ett mer industriellt skalbart sätt för att främja kommersialiseringen av MoS 2 . Teamet av forskare var i behov av ett lämpligt tillvägagångssätt för kvalitetskontroll, och vände sig till forskningen från National Graphene Metrology Center (NGMC), världsledande inom karaktärisering och avancerad mätning av 2D-material, på NPL.
"Vi undersökte användningen av Raman-spektroskopi för att karakterisera MoS 2 och fann att det är en livskraftig hög genomströmning och oförstörande teknik för att kvantifiera defekter i detta spännande 2D-material, " minns Dr Andrew Pollard, Senior forskare vid NPL. "Viktigt för den här studien kunde vi kontrollerat införa kända defekter i MoS 2 som ett första steg, använder en teknik från vårt tidigare arbete i grafen."
På grund av detta, säger Dr Ravi Sundaram, Senior forskare vid Oxford Instruments, "vi kunde använda NPL:s industriellt fokuserade forskning som ett ramverk för att utveckla vårt eget kvalitetskontrollmått som använder Raman-spektroskopi för att kvantifiera defekter i MoS 2 produceras med kemisk ångavsättning. Även om sådana tekniker används i stor utsträckning för grafen, det fanns inget etablerat sätt att kontrollera kvaliteten på MoS 2 på ett oförstörande sätt innan NPL:s arbete publicerades. Att kunna mäta kvaliteten på materialet gör att vi kan optimera tillväxtprocessen. Detta säkerställer att vi kan tillhandahålla mycket hög kvalitet, låg defektdensitet MoS 2 filmer från våra verktyg."
NPL:s arbete med MoS 2 försett Oxford Instruments med den metod som de behövde för att utveckla sin egen kvalitetskontrollprocess, som kännetecknar 2-D MoS 2 lager utan att ha en destruktiv inverkan på materialets struktur. Detta gör det möjligt för teamet att effektivt karakterisera MoS 2 produceras via en industriellt skalbar teknik, hjälpa till att påskynda kommersialiseringen av 2D-material.
"Vi har både akademiska och industrikunder, som letar efter effektiv produktion och karaktärisering av dessa nya material, " säger Ravi. "MoS 2 är ett lovande material för elektronik, och en hel del industrier är intresserade av det. Att kunna tillverka det effektivt är avgörande för att göra materialet kommersiellt gångbart och attraktivt, och denna teknik har hjälpt oss att erbjuda en högkvalitativ och konkurrenskraftig produkt till våra kunder."
MoS 2 visar lovande inom både elektronik och optoelektronik. Dess inneboende tunna atomstruktur erbjuder inte bara flera fördelar när det gäller att skala ner traditionell elektronik utan öppnar också för möjligheten att lägga till ytterligare funktionella element på ett chip för applikationer som sensorer. Dessutom, dess halvledande elektroniska struktur gör den mycket intressant för optiska tillämpningar som solceller och ljusemission. Som sådan, uppskalning av produktionen av MoS 2 och att bedöma dess kvalitet med hjälp av oförstörande tillvägagångssätt ger stora fördelar inte bara för tillverkare, men också till branschen som helhet.
