Questa vista in sezione trasversale mostra il MoS . lungo e monostrato 2 nanonastro in cima alla sporgenza di Ga 2 oh 3 substrato. Credito:2020 KAUST
I produttori di semiconduttori prestano maggiore attenzione ai materiali bidimensionali, come i dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD), in seguito alla scoperta, a KAUST, di un processo di crescita epitassiale di nanonastri di TMD a cristallo singolo.
Una tendenza emergente nella progettazione dei transistor riguarda architetture salvaspazio che impilano i componenti uno sopra l'altro. I TMD hanno il potenziale per questi sistemi perché si formano facilmente in fogli sottili, noti come nanonastri, che hanno elettrico, attività ottica e magnetica. Però, processi tipici dei semiconduttori, come la fotolitografia, richiedono procedure complicate per produrre TMD di qualità sufficiente per gli scopi del dispositivo.
In collaborazione con ricercatori negli Stati Uniti, Belgio e Taiwan, Vincent Tung e i colleghi della KAUST stanno sviluppando approcci alternativi alla fabbricazione di TMD utilizzando modelli di superficie per dirigere la crescita di un singolo cristallo.
Durante l'analisi dei candidati con la microscopia elettronica ad alta risoluzione, Il ricercatore Areej Aljarb ha notato qualcosa di insolito in un semiconduttore chiamato triossido di gallio (Ga 2 oh 3 ). Dopo aver staccato gli strati del materiale traballante usando del nastro adesivo, vide schiere di stretti, sporgenze simili a terrazze che salivano o scendevano l'intero Ga 2 oh 3 superficie.
"I gradini sono molto ripidi e ben esposti, " dice Aljarb. "E poiché gli atomi situati vicino a queste sporgenze hanno strutture asimmetriche, possono guidare la crescita in direzioni specifiche".
Quando la squadra ha esposto Ga 2 oh 3 superfici ad una miscela di molibdeno e gas di zolfo, hanno osservato che i nanonastri TMD cristallizzavano longitudinalmente lungo le sporgenze con strutture praticamente prive di difetti. Esperimenti di microscopia e modelli teorici hanno rivelato che gli atomi di sporgenza avevano caratteristiche energetiche uniche che consentivano alla nucleazione allineata di formare nanonastri a cristallo singolo. "Per decenni, gli scienziati hanno cercato di coltivare semiconduttori monocristallini 2-D su isolanti, e questo lavoro dimostra che il controllo delle sporgenze del substrato è la chiave, "dice Tung.
intrigante, i nanonastri potrebbero essere staccati e trasferiti su altri substrati senza danneggiarli. Per esplorare le potenziali applicazioni della tecnologia di crescita orientata alla sporgenza, il gruppo internazionale si è unito per progettare un transistor in grado di incorporare nanonastri dal Ga 2 oh 3 modello. Le misurazioni elettroniche hanno mostrato che il nuovo transistor poteva funzionare ad alta velocità e aveva fattori di amplificazione simili ai materiali TMD prodotti attraverso tecniche più laboriose.
"I nanonastri crescono lungo le sporgenze usando deboli interazioni fisiche per rimanere al loro posto, il che significa che non si formano legami chimici tra il TMD e il Ga . sottostante 2 oh 3 substrato, " osserva Aljarb. "Questa caratteristica unica ci consente di trasferire i nanonastri su substrati estranei per molte applicazioni, che vanno dai transistor, sensori, muscoli artificiali e fotovoltaici atomicamente sottili".
