(Izquierda) Visual que muestra el crecimiento de nanocintas de disulfuro de molibdeno mediadas por nanogotas líquidas. (Derecha) Imagen de microscopía electrónica que muestra micro y nano cintas de disulfuro de molibdeno orientadas. Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Los científicos de la Universidad Nacional de Singapur han descubierto un mecanismo de crecimiento único para producir cintas semiconductoras atómicamente delgadas que pueden servir como un bloque de construcción para dispositivos nanoelectrónicos de alto rendimiento.
Síntesis de semiconductores ultrafinos, tales como disulfuro de molibdeno monocapa y compuestos relacionados, ha atraído un gran interés en los últimos años por su uso potencial para mejorar el rendimiento de los dispositivos nanoelectrónicos. La capacidad de sintetizar esta clase emergente de materiales con una geometría deseada jugaría un papel importante para facilitar su proceso de fabricación e implementación en circuitos integrados de alta densidad.
Un equipo dirigido por el profesor Goki EDA de los Departamentos de Física y Química y el Centro de Materiales Avanzados 2-D (CA2DM) en NUS ha descubierto una forma de cultivar estructuras de nano y microcinta de disulfuro de molibdeno que tienen solo tres átomos de espesor. y en promedio cientos de nanómetros de ancho. El método implica la reacción de vapor de azufre con una mezcla de trióxido de molibdeno y sal de cloruro de sodio a ~ 700 ° C sobre una superficie de cristal limpia. Los investigadores encontraron que la sal reacciona con el trióxido de molibdeno para producir un compuesto terciario que contiene sodio, molibdeno y oxígeno en diversas proporciones atómicas. Este compuesto luego se derrite y forma pequeñas gotas a la temperatura de crecimiento (~ 700 grados C). Las gotitas microscópicas de este compuesto luego reaccionan con el azufre para formar disulfuro de molibdeno en forma de cinta ultrafina. Esta estructura es sorprendentemente diferente del producto típico de un crecimiento sin sal, que es de forma triangular y hexagonal.
"El crecimiento de las cintas ordenadas fue una gran sorpresa porque el modelo de crecimiento estándar no predice tales estructuras, pero nos dimos cuenta de que era el resultado de un mecanismo de crecimiento distinto, "dijo el Dr. LI, quien fue investigador en el grupo del Prof. Eda pero ahora trabaja en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón. El mecanismo de crecimiento comúnmente aceptado se basa en la dinámica inherente de los precursores para difundirse y autoorganizarse en la superficie del sustrato. El Dr. Li agregó:"Este mecanismo no podría explicar nuestras observaciones".
Los investigadores explican que el fenómeno observado es una forma del conocido crecimiento vapor-líquido-sólido (VLS) en el que los precursores de la fase vapor se condensan en un intermedio líquido antes de formar el producto sólido. La morfología de las cintas estrechas obtenidas en este estudio fue, sin embargo, a diferencia de lo que normalmente se espera de un crecimiento de VLS, que típicamente produce estructuras cilíndricas o tubulares. Su observación indica que la gota de líquido se mueve sobre la superficie del sustrato de manera ordenada, dejando tras de sí una estela de cristales ultrafinos. El proceso es similar a "pintar con una gota de tinta".
Las cintas semiconductoras sintetizadas por este método exhibieron una alta calidad de cristal. Los investigadores demostraron que los transistores microscópicos de alto rendimiento (con una movilidad de efecto de campo de ~ 30 cm 2 / Vs y una relación de encendido-apagado de ~ 106) se pueden fabricar a partir de las cintas individuales. Debido a que el material sintetizado ya tiene la forma adecuada para el dispositivo, este nuevo método de crecimiento permite la fabricación simple de dispositivos sin la necesidad de un paso de patrón adicional, que normalmente se requiere cuando se utilizan otros métodos de síntesis.
El profesor Eda dijo:"Nuestro trabajo abre muchas preguntas interesantes sobre el crecimiento de la superficie y la interfaz de los nanomateriales. Creemos que se pueden cultivar muchos otros materiales utilizando un enfoque similar. El objetivo a corto plazo es comprender mejor el mecanismo de crecimiento y controlar la morfología de las cintas. "
El profesor Eda prevé que la capacidad de cultivar directamente estructuras semiconductoras complejas facilitará en gran medida la realización de dispositivos nanoelectrónicos de alto rendimiento.
