I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un nuovo modo per trasferire film sottili di semiconduttori, che sono spesse solo un atomo, su substrati arbitrari, aprendo la strada al calcolo flessibile o ai dispositivi fotonici. La tecnica è molto più veloce dei metodi esistenti e può trasferire perfettamente i film sottili su scala atomica da un substrato ad altri, senza provocare crepe.

Sono in discussione film sottili di solfuro di molibdeno (MoS2) che hanno uno spessore di un solo atomo, sviluppato per la prima volta dal Dr. Linyou Cao, un assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria presso la NC State. MoS2 è un materiale semiconduttore economico con proprietà elettroniche e ottiche simili ai materiali già utilizzati nell'industria dei semiconduttori.

"L'obiettivo finale è utilizzare questi film sottili semiconduttori a strato atomico per creare dispositivi estremamente flessibili, ma per farlo dobbiamo trasferire i film sottili dal substrato che abbiamo usato per realizzarlo a un substrato flessibile, "dice Cao, che è autore senior di un articolo sulla nuova tecnica di trasferimento. "Non è possibile realizzare il film sottile su un substrato flessibile perché i substrati flessibili non possono resistere alle alte temperature necessarie per realizzare il film sottile".

Il team di Cao realizza film di MoS2 dello spessore di un atomo e fino a 5 centimetri di diametro. I ricercatori avevano bisogno di trovare un modo per spostare quel film sottile senza incresparlo o romperlo, che è impegnativo per l'estrema delicatezza del film.

"Per mettere questa sfida in prospettiva, una pellicola sottile dello spessore di un atomo e larga 5 centimetri è equivalente a un pezzo di carta largo quanto una grande città, " Cao ha detto. "Il nostro obiettivo è quello di trasferire quel grande, carta sottile da una città all'altra senza causare danni o grinze."

Le tecniche esistenti per il trasferimento di tali film sottili da un substrato si basano su un processo chiamato incisione chimica, ma le sostanze chimiche coinvolte in tale processo possono danneggiare o contaminare la pellicola. Il team di Cao ha sviluppato una tecnica che sfrutta le proprietà fisiche del MoS2 per trasferire il film sottile utilizzando solo acqua a temperatura ambiente, un fazzoletto e un paio di pinzette.

MoS2 è idrofobo - respinge l'acqua. Ma il substrato di zaffiro su cui è cresciuto il film sottile è idrofilo:attira l'acqua. La nuova tecnica di trasferimento di Cao funziona applicando una goccia d'acqua al film sottile e poi colpendo il bordo del film con una pinzetta o un bisturi in modo che l'acqua possa iniziare a penetrare tra il MoS2 e lo zaffiro. Una volta che ha cominciato a penetrare, l'acqua spinge nel vuoto, facendo galleggiare il film sottile sopra. I ricercatori usano un fazzoletto per assorbire l'acqua, quindi sollevano il film sottile con una pinzetta e lo posizionano su un substrato flessibile. L'intero processo richiede un paio di minuti. L'incisione chimica richiede ore.

"L'acqua rompe l'adesione tra il substrato e il film sottile, ma è importante rimuovere l'acqua prima di spostare il film, " dice Cao. "Altrimenti, l'azione capillare farebbe sì che il film si pieghi o si pieghi quando lo si raccoglie.

"Questa nuova tecnica di trasferimento ci avvicina di un passo all'utilizzo di MoS2 per creare computer flessibili, " Cao aggiunge. "Stiamo attualmente sviluppando dispositivi che utilizzano questa tecnologia".