Crédito:Laboratorio Nacional de Física
Un método de control de calidad no destructivo por primera vez en el mundo del Laboratorio Nacional de Física (NPL) ha permitido a Oxford Instruments comercializar tecnología de fabricación a escala de obleas para material 2-D MoS 2 .
La demanda de miniaturización de la electrónica, como teléfonos inteligentes, wearables y dispositivos de Internet de las cosas, sigue creciendo, pero la industria ahora está alcanzando el límite de escala para los materiales de silicio tradicionales. Los materiales bidimensionales (2-D) han atraído un interés significativo en los últimos años debido a sus propiedades eléctricas y mecánicas únicas, junto con dimensiones atómicamente delgadas.
Si bien el grafeno fue el primer material bidimensional que se estudió en detalle, ahora también hay un enfoque en otros materiales 2-D con diversas propiedades y nuevas aplicaciones. Entre estos, disulfuro de molibdeno de una sola capa (MoS 2 ), un material 2-D semiconductor, está generando mucho interés debido a sus propiedades electrónicas y ópticas tecnológicamente explotables que podrían allanar el camino para la próxima generación de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.
Para comercializar dispositivos electrónicos hechos de materiales 2-D, La industria se enfrenta al desafío de realizar controles de calidad sin destruir ni dañar el material. Como una sola capa de un material 2-D tiene solo un átomo o una molécula de espesor, evaluar su calidad hasta ahora solo ha sido posible utilizando técnicas destructivas. Se espera que los defectos tengan un impacto crítico en el desempeño de MoS 2 -dispositivos electrónicos basados en, por lo que la capacidad de investigar y cuantificar el número de defectos sin causar daños es crucial para permitir la fabricación a gran escala del material, fabricación de dispositivos y funcionalización de materiales.
Instrumentos de Oxford, un proveedor líder de sistemas y herramientas de alta tecnología para la industria y la investigación, buscaba desarrollar un nuevo sistema y proceso de deposición que pudiera producir MoS 2 de una manera más escalable industrialmente para ayudar a promover la comercialización de MoS 2 . El equipo de investigadores necesitaba un enfoque de control de calidad adecuado, y recurrió a la investigación del Centro Nacional de Metrología de Grafeno (NGMC), un líder mundial en la caracterización y medición avanzada de materiales 2-D, en NPL.
"Estábamos investigando el uso de la espectroscopia Raman para caracterizar MoS 2 y descubrió que es una técnica viable de alto rendimiento y no destructiva para cuantificar defectos en este emocionante material 2-D, "recuerda el Dr. Andrew Pollard, Investigador científico senior en NPL. "Es importante que para este estudio pudiéramos introducir de manera controlable defectos conocidos en MoS 2 como primer paso, utilizando una técnica de nuestro trabajo anterior en grafeno ".
Debido a esto, dice el Dr. Ravi Sundaram, Científico sénior en Oxford Instruments, "pudimos utilizar la investigación de NPL centrada en la industria como marco para desarrollar nuestra propia medida de control de calidad que utiliza la espectroscopia Raman para cuantificar defectos en MoS 2 producido mediante deposición de vapor químico. Si bien estas técnicas se utilizan ampliamente para el grafeno, no había una forma establecida de verificar la calidad de MoS 2 de manera no destructiva antes de que se publicara el trabajo de NPL. Poder medir la calidad del material nos permite optimizar el proceso de crecimiento. Esto garantiza que podamos ofrecer una calidad muy alta, MoS de baja densidad de defectos 2 películas de nuestras herramientas ".
El trabajo de NPL en MoS 2 proporcionó a Oxford Instruments la metodología que necesitaban para desarrollar su propio proceso de control de calidad, que caracteriza al MoS 2-D 2 capas sin tener un impacto destructivo en la estructura del material. Esto permite al equipo caracterizar eficientemente el MoS 2 producido a través de una tecnología escalable industrialmente, ayudando a acelerar la comercialización de materiales 2-D.
"Tenemos clientes académicos y de la industria, que buscan una producción y caracterización eficiente de estos nuevos materiales, "dice Ravi". MoS 2 es un material prometedor para la electrónica, y bastantes industrias están interesadas en él. Ser capaz de fabricarlo de manera eficiente es vital para que el material sea comercialmente viable y atractivo. y esta técnica nos ha ayudado a ofrecer un producto competitivo y de alta calidad a nuestros clientes ".
MoS 2 se muestra prometedor tanto en electrónica como en optoelectrónica. Su estructura atómica inherentemente delgada no solo ofrece varias ventajas para reducir la electrónica tradicional, sino que también abre la posibilidad de agregar más elementos funcionales en un chip para aplicaciones como sensores. Además, su estructura electrónica semiconductora lo hace muy interesante para aplicaciones ópticas como la fotovoltaica y la emisión de luz. Como tal, ampliación de la producción de MoS 2 y evaluar su calidad utilizando enfoques no destructivos ofrece grandes beneficios no solo para los fabricantes, sino también a la industria en su conjunto.
