Giunzioni di dimensioni nanometriche tra due tipi di semiconduttori bidimensionali, ad esempio diseleniuro di molibdeno (MoSe2) e disolfuro di molibdeno (MoS2) – potrebbero sostituire le giunzioni tridimensionali più larghe convenzionali. Mascheratura di regioni modellate di MoSe2 di spessore nanometrico, seguita da esposizione a zolfo vaporizzato al laser, consente agli atomi di zolfo (verde) di sostituire solo gli atomi di selenio esposti (rosso), creando più giunzioni larghe 5 nanometri. La mappatura chimica con la spettroscopia Raman (in basso) convalida la conversione controllata di MoSe2 in MoS2 nelle regioni esposte. Credito:Oak Ridge National Laboratory
Fare più velocemente, l'elettronica più potente richiede connessioni più piccole ma uniformi, o giunzioni, tra materiali diversi. Per la prima volta, ricercatori hanno creato estremamente piccoli, giunzioni a 5 nanometri, che sono stati realizzati in uno schema specifico utilizzando due diversi piani, o piatto, semiconduttori. Il semplice processo per creare queste giunzioni bidimensionali prevedeva l'esposizione selettiva del semiconduttore a materiale vaporizzato al laser e poteva essere esteso ad altri sistemi.
La creazione di giunzioni di semiconduttori modellate in modo controllato in materiali planari sottili potrebbe consentire la microelettronica ultrasottile per numerose applicazioni come smartphone, celle solari di nuova generazione, e illuminazione.
Le giunzioni di semiconduttori bidimensionali (2D) potrebbero consentire il fotovoltaico di prossima generazione, illuminazione, ed elettronica. Per esempio, l'elettronica attuale si basa su giunzioni larghe 10 nanometri tra diversi semiconduttori in cristalli tridimensionali (3D). Sono necessari metodi sintetici controllabili per creare giunzioni strette tra diversi materiali 2D. Ora, i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory hanno sviluppato un processo per creare queste giunzioni tra diversi semiconduttori 2D in schemi arbitrari utilizzando tecniche di litografia a fascio di elettroni standard.
Singoli strati di cristalli di diseleniuro di molibdeno (MoSe2) di spessore inferiore a un nanometro sono stati prima modellati con una maschera di ossido di silicio e quindi esposti a zolfo vaporizzato al laser. Gli atomi di zolfo hanno sostituito gli atomi di selenio nelle regioni esposte, convertire selettivamente MoSe2 in bisolfuro di molibdeno (MoS2). La mappatura chimica con la spettroscopia Raman ha confermato che la conversione chimica era uniforme. La microscopia elettronica a risoluzione atomica ha rivelato che le giunzioni tra i diversi semiconduttori erano larghe solo 5 nanometri. Modellare giunzioni così taglienti potrebbe facilitare una gamma di dispositivi ultrasottili, dall'elettronica di consumo flessibile alle celle solari più efficienti.
