(Phys.org) — I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una nuova tecnica per creare film sottili di semiconduttori di alta qualità su scala atomica, il che significa che i film hanno uno spessore di un solo atomo. La tecnica può essere utilizzata per creare questi film sottili su larga scala, sufficiente per rivestire wafer larghi due pollici, o più grande.

"Questo potrebbe essere usato per ridimensionare le attuali tecnologie dei semiconduttori fino alla scala atomica:laser, diodi emettitori di luce (LED), chip per computer, nulla, "dice il dottor Linyou Cao, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e autore senior di un documento sul lavoro. "La gente parla di questo concetto da molto tempo, ma non era possibile. Con questa scoperta, Penso che sia possibile".

I ricercatori hanno lavorato con solfuro di molibdeno (MoS2), un materiale semiconduttore economico con proprietà elettroniche e ottiche simili ai materiali già utilizzati nell'industria dei semiconduttori. Però, MoS2 è diverso dagli altri materiali semiconduttori perché può essere "coltivato" in strati dello spessore di un solo atomo senza comprometterne le proprietà.

Nella nuova tecnica, i ricercatori mettono le polveri di cloruro di zolfo e molibdeno in una fornace e aumentano gradualmente la temperatura a 850 gradi Celsius, che vaporizza la polvere. Le due sostanze reagiscono ad alte temperature per formare MoS2. Pur essendo ancora ad alte temperature, il vapore viene quindi depositato in strato sottile sul supporto.

"La chiave del nostro successo è lo sviluppo di un nuovo meccanismo di crescita, una crescita autolimitante, " Dice Cao. I ricercatori possono controllare con precisione lo spessore dello strato di MoS2 controllando la pressione parziale e la pressione del vapore nel forno. La pressione parziale è la tendenza degli atomi o delle molecole sospese nell'aria a condensarsi in un solido e depositarsi sul substrato La pressione di vapore è la tendenza degli atomi o delle molecole solidi sul substrato a vaporizzare ea sollevarsi nell'aria.

Per creare un singolo strato di MoS2 sul substrato, la pressione parziale deve essere superiore alla tensione di vapore. Maggiore è la pressione parziale, più strati di MoS2 si depositeranno sul fondo. Se la pressione parziale è maggiore della tensione di vapore di un singolo strato di atomi sul substrato, ma non superiore alla tensione di vapore di due strati, l'equilibrio tra la pressione parziale e la tensione di vapore può garantire che la crescita del film sottile si arresti automaticamente una volta formato il monostrato. Cao chiama questa crescita "autolimitante".

La pressione parziale è controllata regolando la quantità di cloruro di molibdeno nel forno:più molibdeno è nel forno, maggiore è la pressione parziale.

"Utilizzando questa tecnica, possiamo creare film sottili monostrato MoS2 in scala wafer, un atomo di spessore, ogni volta, " dice Cao. "Possiamo anche produrre strati che sono due, tre o quattro atomi di spessore."

Il team di Cao sta ora cercando di trovare modi per creare film sottili simili in cui ogni strato atomico è costituito da un materiale diverso. Cao sta anche lavorando per creare transistor e LED ad effetto di campo utilizzando la tecnica. Cao ha depositato un brevetto sulla nuova tecnica.

La carta, "Sintesi scalabile controllata di uniformi, Film MoS2 monostrato e a pochi strati di alta qualità, " è stato pubblicato online il 21 maggio in Rapporti scientifici , una rivista del Nature Publishing Group.