Credito:National Physical Laboratory
Un primo metodo di controllo qualità non distruttivo al mondo del National Physical Laboratory (NPL) ha consentito a Oxford Instruments di commercializzare la tecnologia di fabbricazione su scala wafer per il materiale MoS 2-D 2 .
La domanda di miniaturizzazione dell'elettronica, come smartphone, dispositivi indossabili e l'Internet delle cose, continua a crescere, ma l'industria sta ora raggiungendo il limite di scala per i materiali tradizionali in silicio. I materiali bidimensionali (2-D) hanno suscitato un notevole interesse negli ultimi anni grazie alle loro proprietà elettriche e meccaniche uniche, accanto a dimensioni atomicamente sottili.
Mentre il grafene è stato il primo materiale 2-D ad essere studiato in dettaglio, ora c'è anche un focus su altri materiali 2-D con proprietà diverse e nuove applicazioni. Tra questi, bisolfuro di molibdeno monostrato (MoS 2 ), un materiale 2-D semiconduttore, sta generando molto interesse grazie alle sue proprietà elettroniche e ottiche tecnologicamente sfruttabili che potrebbero aprire la strada alla prossima generazione di dispositivi elettronici e optoelettronici.
Al fine di commercializzare dispositivi elettronici realizzati con materiali 2-D, l'industria deve affrontare la sfida di eseguire i controlli di qualità senza distruggere o danneggiare il materiale. Poiché un singolo strato di un materiale 2-D è spesso solo un singolo atomo o molecola, valutarne la qualità finora è stato possibile solo utilizzando tecniche distruttive. Si prevede che i difetti influiranno in modo critico sulle prestazioni di MoS 2 basati su dispositivi elettronici, quindi la capacità di indagare e quantificare il numero di difetti senza causare danni è fondamentale per consentire la produzione su larga scala del materiale, fabbricazione di dispositivi e funzionalizzazione dei materiali.
Strumenti di Oxford, leader nella fornitura di sistemi e strumenti ad alta tecnologia per l'industria e la ricerca, ha cercato di sviluppare un nuovo sistema e processo di deposizione in grado di produrre MoS 2 in un modo più scalabile industrialmente per aiutare ulteriormente la commercializzazione di MoS 2 . Il team di ricercatori aveva bisogno di un approccio adeguato al controllo della qualità, e si è rivolto alla ricerca del National Graphene Metrology Center (NGMC), leader mondiale nella caratterizzazione e misura avanzata di materiali 2-D, presso NPL.
"Stavamo studiando l'uso della spettroscopia Raman per caratterizzare MoS 2 e ha scoperto che si tratta di una tecnica praticabile ad alto rendimento e non distruttiva per quantificare i difetti in questo eccitante materiale 2-D, " ricorda il dottor Andrew Pollard, Ricercatore senior presso NPL. "È importante per questo studio che potremmo introdurre in modo controllabile difetti noti nel MoS 2 come primo passo, utilizzando una tecnica del nostro lavoro precedente sul grafene."
A causa di ciò, dice il dottor Ravi Sundaram, Senior Scientist presso Oxford Instruments, "siamo stati in grado di utilizzare la ricerca incentrata sull'industria di NPL come quadro per lo sviluppo della nostra misura di controllo della qualità che utilizza la spettroscopia Raman per quantificare i difetti in MoS 2 prodotto mediante deposizione chimica da vapore. Sebbene tali tecniche siano ampiamente utilizzate per il grafene, non c'era un modo stabilito per controllare la qualità di MoS 2 in modo non distruttivo prima che il lavoro di NPL fosse pubblicato. Poter misurare la qualità del materiale ci permette di ottimizzare il processo di crescita. Questo assicura che siamo in grado di fornire una qualità molto elevata, bassa densità di difetti MoS 2 film dai nostri strumenti."
Il lavoro di NPL su MoS 2 ha fornito a Oxford Instruments la metodologia di cui aveva bisogno per sviluppare il proprio processo di controllo della qualità, che caratterizza il 2-D MoS 2 strati senza avere un impatto distruttivo sulla struttura del materiale. Ciò consente al team di caratterizzare in modo efficiente il MoS 2 prodotto tramite una tecnologia scalabile industrialmente, contribuendo ad accelerare la commercializzazione dei materiali 2-D.
"Abbiamo clienti sia accademici che industriali, che sono alla ricerca di una produzione e caratterizzazione efficiente di questi nuovi materiali, " dice Ravi. "MoS 2 è un materiale promettente per l'elettronica, e parecchie industrie ne sono interessate. Essere in grado di produrlo in modo efficiente è vitale per rendere il materiale commercialmente redditizio e attraente, e questa tecnica ci ha aiutato a offrire ai nostri clienti un prodotto competitivo e di alta qualità."
MoS 2 mostra risultati promettenti sia nell'elettronica che nell'optoelettronica. La sua struttura atomica intrinsecamente sottile non solo offre numerosi vantaggi nel ridimensionare l'elettronica tradizionale, ma apre anche la possibilità di aggiungere ulteriori elementi funzionali su un chip per applicazioni come i sensori. Inoltre, la sua struttura elettronica a semiconduttore lo rende molto interessante per applicazioni ottiche come il fotovoltaico e l'emissione di luce. Come tale, aumentare la produzione di MoS 2 e valutarne la qualità utilizzando approcci non distruttivi offre enormi vantaggi non solo ai produttori, ma anche per il settore nel suo complesso.
