Imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de color falso de un transistor de efecto de campo de radiofrecuencia (RF-FET) compuesto por un canal activo de diselenuro de tungsteno (WSe2) de 2-3 capas de espesor crecido epitaxialmente. Crédito:Brian Bersch / Penn State
Desde el descubrimiento de las notables propiedades del grafeno, Los científicos han centrado cada vez más la investigación en los muchos otros materiales bidimensionales posibles, tanto los que se encuentran en la naturaleza como los elaborados en el laboratorio. Sin embargo, creciendo de alta calidad, Los materiales cristalinos 2-D a escala han demostrado ser un desafío importante.
Un par de artículos publicados en línea en dos revistas de nanotecnología este mes proporcionan la base para el crecimiento de cristales bidimensionales a escala de obleas para futuros dispositivos electrónicos. En el trabajo dirigido por Joan Redwing, director del Consorcio de cristales bidimensionales patrocinado por NSF - Plataforma de innovación de materiales, y profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería eléctrica, Penn State, Los investigadores desarrollaron un proceso de varios pasos para hacer películas de diselenuro de tungsteno delgadas atómicamente de un solo cristal en sustratos de zafiro de gran superficie.
"Hasta ahora, la mayoría de los dispositivos 2-D se han fabricado utilizando pequeñas escamas que se exfolian de cristales a granel, "Dijo Redwing." Para desarrollar una tecnología lista para dispositivos, tienes que poder fabricar dispositivos en sustratos de gran superficie y tienen que tener una buena calidad de cristal ".
El proceso utiliza zafiro como sustrato debido a su estructura cristalina. Esta estructura orienta el crecimiento de la película en un patrón cristalino en un proceso llamado epitaxia. A medida que se forman pequeñas islas del material sobre el sustrato y el sustrato se calienta, las islas se extienden por el sustrato en un patrón uniforme formando una película de gran superficie sin espacios y con muy pocos defectos. El avance clave fue el uso de la deposición de vapor químico de la fuente de gas para controlar con precisión la densidad de la isla y la velocidad de propagación para lograr una sola capa del material 2-D.
Películas 2D atómicamente delgadas a gran escala por deposición de vapor químico de fuente de gas. Crédito:Xiaotian Zhang / Penn State
Publicaron su trabajo "Epitaxia controlada por difusión de monocapas de WSe2 fusionadas de área grande en zafiro, "en el diario Nano letras .
En un artículo relacionado, "Realizando a gran escala, Semiconductores bidimensionales de grado electrónico, "publicado en línea en la revista ACS Nano , un equipo dirigido por Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State, proporciona la comprensión fundamental para habilitar semiconductores bidimensionales sintéticos listos para dispositivos basados en estas películas epitaxiales de gran área en la electrónica del futuro a escala industrial.
"El significado principal de este trabajo es que pudimos lograr una comprensión de los factores extrínsecos que intervienen en tener un material 2-D de alta calidad, ", Dijo Robinson." Lo que encontramos fue que incluso cuando creces cristales orientados en una superficie, hay otros factores que impactan en la capacidad de obtener alta movilidad de electrones o transistores rápidos ".
En particular, encontraron que existe una fuerte interacción entre el sustrato de zafiro y la película monocapa, con el sustrato dominando las propiedades. Para superar estos desafíos, los investigadores crecieron dos o tres capas, que mejoró el rendimiento por factores de 20 a 100 veces.
"Esta es la primera evidencia real del efecto del sustrato sobre las propiedades de transporte de las capas 2-D, "Dijo Robinson.
