Una simulazione del processo di conversione del 2H-MoTe 2 in 1T'-MoTe 2 con irradiazione laser
Ditelluride di molibdeno (MoTe 2 ) è un composto cristallino che, se abbastanza puro, può essere usato come un transistor. La sua struttura molecolare è un sandwich atomico composto da un atomo di molibdeno ogni due atomi di tellurio. È stato realizzato per la prima volta negli anni '60 tramite diversi metodi di fabbricazione, ma fino all'anno scorso non era mai stato realizzato in una forma abbastanza pura da essere adatto all'elettronica.
L'anno scorso, un team di ricerca coreano multidisciplinare ha ideato un metodo di fabbricazione per la creazione di puro MoTe 2 . Non solo sono riusciti a realizzare MoTe 2 in forma pura, sono stati in grado di realizzarne due tipi:una varietà semiconduttiva chiamata 2H-MoTe 2 (2H per la sua forma esagonale) e una varietà metallica chiamata 1T'-MoTe 2 (1T' perché ha una forma ottaedrica) — che sono entrambi stabili a temperatura ambiente.
Fare MoTe 2 in una forma pura era molto difficile ed è stato visto da alcuni come una pecora nera della famiglia dei dichalcogenuri dei metalli di transizione (TMD) e volutamente ignorato. I TMD sono molecole che possono essere rese estremamente sottili, solo diversi strati atomici, e hanno una proprietà elettrica chiamata band gap, che li rende ideali per realizzare componenti elettrici, soprattutto transistor.
Un cristallo TMD segue un formato MX2:c'è un metallo di transizione, rappresentato da M (M può essere tungsteno, Molibdeno, ecc.) e due calcogenuri, l'X2 (zolfo, Selenio, o Tellurio). Questi atomi formano un sottile sandwich molecolare con un metallo e due calcogenuri, e a seconda del metodo di fabbricazione, può esistere in diverse disposizioni atomiche di forma diversa.
La stragrande maggioranza dei microchip attuali sono realizzati in silicio, e funzionano molto bene. Però, man mano che i dispositivi diventano più piccoli, c'è una crescente richiesta di ridurre le dimensioni dei chip logici che fanno funzionare quei dispositivi. Quando i chip si avvicinano allo spessore di uno o più atomi, (comunemente indicato come bidimensionale), il silicio non funziona più bene come in una scala 3D più grande. Quando la scala si avvicina a due dimensioni (2D), il band gap del silicio cambia (band gap maggiore di quello della sua forma 3D) e i punti di contatto con connessioni metalliche sul silicio non sono più sufficientemente lisci per essere utilizzati in modo efficiente nei circuiti elettrici.
il 2H-MoTe 2 e 1T'-MoTe 2 linea di transizione ed elettrodi metallici attaccati al 1T'-MoTe 2
Questa è l'occasione perfetta per assumere nuovi, materiali esotici TMD. Il team di ricerca di IBS è riuscito a sfruttare le due versioni di MoTe 2 e creare un cristallo 2D composto dal semiconduttore 2H-MoTe 2 e il metallico 1T'-MoTe 2 . Questa configurazione è superiore all'utilizzo di silicio o altri semiconduttori 2D perché il confine in cui il semiconduttore (2H) e il metallo (1T') MoTe 2 incontrare hanno quella che viene chiamata omogiunzione ohmica. Si tratta di una connessione che si forma al confine tra due diverse fasi strutturali in un unico materiale. Nonostante un MoTe 2 lo stato è un semiconduttore e uno è metallico, il team è stato in grado di creare un'omogiunzione ohmica tra di loro, creando una connessione estremamente efficiente.
Per fare questo, il team ha iniziato con un pezzo del loro puro 2H-MoTe 2 che era spesso diversi atomi. Hanno diretto un laser largo 1 µm (un capello umano è da 17 a 181 µm) al 2H-MoTe 2 che ha riscaldato localmente il campione e ha cambiato l'area interessata in 1T'-MoTe 2 . Con questo metodo, il team è stato in grado di creare un transistor 2D che utilizzava una fusione di entrambe le proprietà semiconduttive del 2H-MoTe 2 materiale e l'elevata conduttività del 1T'-MoTe 2 .
Questa è una soluzione intelligente a diversi problemi che hanno ostacolato scienziati e ingegneri in passato. Utilizzando un solo materiale nel canale del dispositivo e nella giunzione metallo-semiconduttore, è più efficiente dal punto di vista energetico poiché i giunti tra le due fasi del MoTe 2 si fondono senza soluzione di continuità realizzando un contatto ohmico alle giunzioni. Perché 1T'-MoTe 2 è un buon conduttore, gli elettrodi metallici possono essere applicati direttamente ad esso, risparmiando qualsiasi lavoro aggiuntivo per trovare un modo per collegare i cavi metallici. Questa nuova tecnica di fabbricazione è un modo iper-efficiente di utilizzare il MoTe . disponibile 2 senza parti sprecate o estranee.
Alla domanda sul suo potenziale per un uso futuro, Il professor Heejun Yang di SKKU ha detto, "Ci sono molti candidati per i semiconduttori 2D, ma MoTe 2 ha un band gap di circa 1 eV che è simile al band gap del silicio e consente un'omogiunzione ohmica alle giunzioni semiconduttore-metallo." Ciò significa che MoTe 2 può sostituire il silicio senza grandi cambiamenti nelle attuali configurazioni di tensione utilizzate con le odierne tecnologie al silicio. Il MoTe . a doppia fase 2 il transistor sembra promettente per l'uso in nuovi dispositivi elettronici poiché la domanda di componenti aumenta per materiali piccoli, leggero ed estremamente efficiente dal punto di vista energetico.
