Nel 2004, il pubblico ha conosciuto per la prima volta il grafene, un materiale straordinariamente sottile, flessibile ed elettricamente conduttivo che possiede una resistenza considerevole. Tuttavia, sfruttare il potenziale del grafene come componente ha presentato numerose sfide.
Ad esempio, la creazione di transistor basati su elettrodi richiede il deposito di pellicole dielettriche estremamente sottili. Purtroppo, questo processo ha portato ad una riduzione delle proprietà elettriche del grafene e ha causato difetti durante l'implementazione.
Un gruppo di ricerca composto da co-ricercatori tra cui il professor Jihwan An del Dipartimento di ingegneria meccanica della Pohang University of Science and Technology (POSTECH), il dottor Jeong Woo Shin del Dipartimento di ingegneria meccanica della NTU Singapore e Geonwoo Park del dipartimento di MSDE presso SEOULTECH ha utilizzato un nuovo approccio chiamato deposizione di strati atomici assistita da UV (UV-ALD) per trattare l'elettrodo di grafene.
Questa tecnica pionieristica ha portato alla produzione di successo di un'interfaccia grafene-dielettrico ad alte prestazioni. I loro risultati sono stati presentati in Materiali elettronici avanzati .
Il gruppo di ricerca è stato il primo ad applicare UV-ALD alla deposizione di film dielettrici sulla superficie del grafene, che è un materiale 2D. La deposizione di strati atomici (ALD) comporta l'aggiunta di strati ultrasottili su scala atomica a un substrato e la sua importanza è cresciuta notevolmente poiché i componenti dei semiconduttori si sono ridotti di dimensioni. L'UV-ALD, che combina la luce ultravioletta con il processo di deposizione, consente un maggiore posizionamento della pellicola dielettrica rispetto all'ALD tradizionale. Tuttavia, nessuno aveva esplorato l'applicazione dell'UV-ALD per materiali 2D come il grafene.
Il team di ricerca ha utilizzato la luce UV con un intervallo di energia basso (inferiore a 10 eV) per depositare pellicole dielettriche dello strato atomico sulla superficie del grafene, attivando efficacemente la superficie del grafene senza comprometterne le proprietà intrinseche. Questa attivazione è stata ottenuta in condizioni specifiche (entro 5 secondi per ciclo durante il processo ALD), dimostrando la possibilità di depositare pellicole dielettriche di strati atomici ad alta densità e elevata purezza a basse temperature (sotto i 100 ℃).
Inoltre, quando i transistor ad effetto di campo in grafene sono stati fabbricati utilizzando il processo UV-ALD, le eccezionali proprietà elettriche del grafene sono rimaste intatte. Il risultato è stato un aumento di tre volte della mobilità della carica e una riduzione significativa della tensione di Dirac grazie alla riduzione dei difetti sulla superficie del grafene.
Il professor Jihwan An, che ha guidato la ricerca, ha spiegato:"Attraverso UV-ALD, abbiamo ottenuto un'interfaccia grafene-dielettrico ad alte prestazioni". Ha inoltre aggiunto:"Il nostro studio ha prodotto una deposizione uniforme dello strato atomico senza compromettere le proprietà di questo materiale 2D. Spero che questo sviluppo aprirà la strada ai semiconduttori e ai dispositivi energetici di prossima generazione."
Ulteriori informazioni: Geonwoo Park et al, Interfaccia dielettrico-grafene ad alte prestazioni mediante deposizione di strati atomici assistita da UV per transistor a effetto di campo in grafene, Materiali elettronici avanzati (2023). DOI:10.1002/aelm.202300074
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
