Ora è possibile coltivare fogli ultrasottili di ampia superficie di bisolfuro di molibdeno, un materiale bidimensionale (2D) che promette la prossima generazione di dispositivi elettronici e optoelettronici, grazie a una nuova svolta su un metodo standard sviluppato dagli scienziati di A*STAR.

bisolfuro di molibdeno, uno di una famiglia dei cosiddetti dicalcogenuri di metalli di transizione semiconduttori (TMDC), ha attirato una notevole attenzione come materiale 2D, grazie alle sue notevoli proprietà elettroniche ed optoelettroniche. Ma preparare strati atomicamente sottili di grandi aree di TMDC è notoriamente difficile, con metodi di crescita convenzionali come l'esfoliazione meccanica e la deposizione fisica da vapore producendo film a strato singolo di soli pochi micrometri di dimensione.

Per superare la limitazione di un materiale così utile, Dongzhi Chi e Hongfei Liu dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering hanno cercato un modo per modificare una tecnica di fabbricazione standard, per crescere di alta qualità, nanofogli di bisolfuro di molibdeno monostrato di dimensioni millimetriche.

"Il meccanismo di crescita dei film 2D non è ancora completamente compreso ed è un grosso ostacolo per la loro adozione su larga scala nelle applicazioni elettroniche, " afferma Chi. "La coltivazione di materiali 2D di grandi dimensioni consente la fabbricazione su larga scala di circuiti integrati utilizzando metodi di elaborazione dei semiconduttori convenzionali".

Modificando la deposizione chimica da vapore, uno strumento di produzione utilizzato in tutto, dagli occhiali da sole ai sacchetti di patatine e fondamentale per la produzione di gran parte dei dispositivi elettronici di oggi, sono stati in grado di far crescere nanofogli di bisolfuro di molibdeno a strato singolo con granulometria notevolmente aumentata.

"Grani di granulometria più piccoli provocano difetti strutturali, quindi i dispositivi fabbricati con tali materiali funzionano male, " spiega Chi. " TMDC 2D di dimensioni maggiori, però, minimizzare questi difetti e portare a prestazioni migliori."

In una camera di reazione pressurizzata, triossido di molibdeno in polvere e zolfo sono stati vaporizzati. Per creare granulometrie maggiori, i ricercatori hanno aumentato la temperatura della camera di reazione e hanno utilizzato una maschera d'ombra al silicio o al quarzo, tenuto su un substrato di zaffiro, fornire indirettamente il triossido di molibdeno e i vapori di zolfo al fronte di crescita del bisolfuro di molibdeno in avanzamento sul substrato.

Le increspature sono state introdotte nei nanosheet di bisolfuro di molibdeno a strato singolo illuminandoli con un laser. Si prevede che queste strutture di ripple abbiano un effetto significativo sull'elettronica, meccanico, e proprietà di trasporto del bisolfuro di molibdeno monostrato.

Per confrontare i nanosheet di bisolfuro di molibdeno a strato singolo e le loro strutture di ripple indotte dal laser, i ricercatori hanno utilizzato una serie di strumenti di caratterizzazione, compresa la diffusione Raman e la spettroscopia di fotoluminescenza, nonché la microscopia a forza atomica.

"Lo studio di questi materiali può portare alla scoperta di una nuova fisica e anche aiutare la fabbricazione di dispositivi elettronici e optoelettronici con nuove funzioni e prestazioni migliorate, "dice Chi.