Esta vista de sección transversal muestra el MoS largo y monocapa 2 nanoribbon en la parte superior de la repisa de Ga 2 O 3 sustrato. Crédito:2020 KAUST
Los fabricantes de semiconductores están prestando más atención a los materiales bidimensionales, tales como dicalcogenuros de metales de transición (TMD), siguiendo el descubrimiento, en KAUST, de un proceso de crecimiento epitaxial de nanocintas de TMD monocristalino.
Una tendencia emergente en el diseño de transistores implica arquitecturas que ahorran espacio y que apilan componentes uno encima del otro. Los TMD tienen potencial para estos sistemas porque se forman fácilmente en láminas delgadas, conocidas como nanocintas, que tienen electricidad, Actividad óptica y magnética. Sin embargo, procesos típicos de semiconductores, como la fotolitografía, requieren procedimientos complicados para producir TMD de calidad suficiente para los propósitos del dispositivo.
En colaboración con investigadores de EE. UU., Bélgica y Taiwán, Vincent Tung y sus colegas de KAUST están desarrollando enfoques alternativos para la fabricación de TMD utilizando plantillas de superficie para dirigir el crecimiento de monocristales.
Al analizar candidatos con microscopía electrónica de alta resolución, El investigador Areej Aljarb descubrió algo inusual en un semiconductor llamado trióxido de galio (Ga 2 O 3 ). Después de despegar capas del material escamoso con cinta adhesiva, ella vio matrices de estrechas, repisas en forma de terraza que subían o bajaban por todo el Ga 2 O 3 superficie.
"Los escalones son muy empinados y están bien expuestos, "dice Aljarb." Y debido a que los átomos ubicados cerca de la vecindad de estas repisas tienen estructuras asimétricas, pueden impulsar el crecimiento en direcciones específicas ".
Cuando el equipo expuso a Ga 2 O 3 superficies a una mezcla de molibdeno y gas azufre, observaron que las nanocintas de TMD cristalizaban longitudinalmente a lo largo de las repisas con estructuras prácticamente libres de defectos. Los experimentos de microscopía y los modelos teóricos revelaron que los átomos de la repisa tenían características energéticas únicas que permitían la nucleación alineada para formar nanocintas de cristal único. "Por décadas, Los científicos han intentado cultivar semiconductores monocristalinos 2-D en aisladores, y este trabajo demuestra que controlar las repisas del sustrato es la clave, "dice Tung.
Curiosamente, las nanocintas podrían desprenderse y transferirse a otros sustratos sin dañarlos. Para explorar las aplicaciones potenciales de la tecnología de crecimiento dirigido por repisas, el grupo internacional se unió para diseñar un transistor capaz de incorporar nanocintas de Ga 2 O 3 plantilla. Las mediciones electrónicas mostraron que el nuevo transistor podía operar a altas velocidades y tenía factores de amplificación similares a los materiales TMD producidos mediante técnicas más laboriosas.
"Las nanocintas crecen a lo largo de las repisas utilizando interacciones físicas débiles para permanecer en su lugar, lo que significa que no se forman enlaces químicos entre el TMD y el Ga subyacente 2 O 3 sustrato, "señala Aljarb." Esta característica única nos permite transferir las nanocintas a sustratos extraños para muchas aplicaciones, que van desde transistores, sensores, músculos artificiales y energía fotovoltaica atómicamente delgada ".
