Ph.D. kandidat Saravana Balaji Basuvalingam vid TU/e ​​Institutionen för tillämpad fysik har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att växa, på ett kontrollerat och effektivt sätt, ett bibliotek av så kallade "TMC-material" med olika egenskaper vid låga temperaturer. Detta tar världen ett steg närmare att gå bortom kiselbaserade halvledarenheter.

När mängden data som produceras av mänskligheten växer exponentiellt, med det kommer efterfrågan på mindre, snabbare och billigare elektroniska enheter för att behandla dessa data. För att möta denna efterfrågan, halvledarindustrin söker kontinuerligt efter sätt att skala enheter under 3 nm. Denna skala är en viktig barriär för branschen, eftersom det är nära gränserna för vad som kan göras med kisel (Si), det mest använda materialet för elektriska kretsar. Under den skalan, kiselbaserade enheter lider ofta av dålig prestanda.

Vissa 2D-material, där grafen kan vara det mest kända exemplet, erbjuda löftet att lösa detta skalningsproblem. Utmärkande för dessa material är att varje lager av atomer är fristående på lagret av atomer nedan, utan några bindningar som förbinder skikten. De 2D-material som klassificeras som övergångsmetallkalkogenider (TMC) har fått uppmärksamhet för sina utmärkta elektriska egenskaper och tjocklek på mindre än 1 nm, möjliggör enhetsprestanda som liknar Si-baserade enheter och en stor potential för skalning.

Dock, flera syntesbegränsningar begränsar implementeringen av TMC i industrin på ett kostnadseffektivt sätt. Basuvalingams forskning syftade till att lösa de flesta av dessa tekniska begränsningar, t.ex. att odla TMC på ett tillräckligt stort område, vid låg temperatur och med god kontroll av materialegenskaper. Att göra så, han använde en tunnfilmsmetod som kallas ALD-metoden (atomic layer deposition). ALD är en av de framträdande metoderna för att underlätta minskningen av enhetsdimensioner inom halvledarindustrin, och metoden hade redan studerats för TMC:er som uppvisar halvledande egenskaper.

Basuvalingam var först med att studera ALD för att odla 2D TMC med både halvledande och metalliska egenskaper i ett stort område vid låga temperaturer, och den första att uppnå kontroll över TMC-materialsammansättningen med hjälp av tunnfilmssyntes. Hans tillvägagångssätt gjorde det också möjligt att odla TMC i en 200 mm wafer och att uppnå kontroll över materialegenskaperna mellan metalliskt och halvledande.

Hans arbete utökar biblioteket av material som kan odlas med en tunnfilmsmetod och hjälper oss att komma ett steg närmare mindre, mer kostnadseffektiva elektroniska enheter gjorda av 2D-material.