a, Monocristal WS2; b, la oblea de zafiro utilizada en la industria es monocristalina; c, Imágenes experimentales sobre el WS2 películas en oblea de zafiro después de O2 grabando. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
A medida que la tecnología de semiconductores basada en silicio se acerca al límite de su rendimiento, los nuevos materiales que pueden reemplazar o reemplazar parcialmente al silicio en la tecnología son muy deseados. Recientemente, la aparición del grafeno y otros materiales bidimensionales (2D) ofrece una nueva plataforma para construir tecnología de semiconductores de próxima generación. Entre ellos, los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), como el MoS2 , WS2 , MoSe2 , WSe2 , son los semiconductores 2D más atractivos.
Un requisito previo para la construcción de circuitos semiconductores de alto rendimiento a gran escala es que los materiales base deben ser un solo cristal a escala de oblea, al igual que la oblea de silicio que se usa en la actualidad. Aunque se han dedicado grandes esfuerzos al crecimiento de monocristales de TMD a escala de obleas, el éxito ha sido muy limitado hasta ahora.
El distinguido profesor Feng Ding y su equipo de investigación del Centro de Materiales Multidimensionales de Carbono (CMCM), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) de la UNIST, en cooperación con investigadores de la Universidad de Pekín (PKU), el Instituto de Tecnología de Pekín y la Universidad de Fudan, informó el crecimiento directo de WS2 monocristalino de 2 pulgadas Películas monocapa muy recientemente. Además del WS2 , el equipo de investigación también demostró el crecimiento de MoS2 monocristalino , WSe2 y MoSe2 en escala de obleas también.
La tecnología clave del crecimiento epitaxial de un monocristal grande es garantizar que todos los monocristales pequeños que crecen en un sustrato estén uniformemente alineados. Debido a que los TMD tienen una estructura no centrosimétrica o la imagen especular de un TMD con respecto a un borde tiene una alineación opuesta, debemos romper esa simetría diseñando cuidadosamente el sustrato. Con base en cálculos teóricos, los autores propusieron un mecanismo de "crecimiento de epitaxia guiado por acoplamiento dual " para el diseño experimental. El WS2 -zafiro interacción plana como la primera fuerza impulsora, lo que lleva a dos orientaciones antiparalelas preferidas del WS2 islas El acoplamiento entre WS2 y el escalón de zafiro es la segunda fuerza impulsora y romperá la degeneración de las dos orientaciones antiparalelas. Luego, todos los monocristales de TMD que crecen en un sustrato con bordes escalonados se alinean unidireccionalmente y, finalmente, la coalescencia de estos pequeños monocristales conduce a un gran monocristal del mismo tamaño que el sustrato.
a-b, diagramas esquemáticos de WS2 isla en una superficie plana de zafiro en un plano, que tiene dos orientaciones antiparalelas preferidas; c-d, La alineación unidireccional de WS2 isla cultivada en un zafiro plano vecinal con paso. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
"Este nuevo mecanismo de crecimiento de epitaxia de acoplamiento dual es nuevo para el crecimiento de materiales controlables. En principio, nos permite hacer crecer todos los materiales 2D en monocristales de gran área si se encuentra el sustrato adecuado". Dice el Dr. Ting Cheng, coautor del estudio. "Hemos considerado teóricamente cómo elegir los sustratos adecuados. En primer lugar, el sustrato debe tener una simetría baja y, en segundo lugar, se prefieren más bordes escalonados". enfatiza el profesor Feng Ding, el autor correspondiente del estudio.
"Este es un gran paso adelante en el área de los dispositivos basados en materiales 2D. Como el crecimiento exitoso de los TMD 2D monocristalinos a escala de oblea en aisladores más allá del grafeno y el hBN en sustratos de metales de transición, nuestro estudio proporciona la piedra angular requerida de los semiconductores 2D en aplicaciones de gama alta de dispositivos electrónicos y ópticos", explica el profesor Feng Ding.
La investigación fue publicada en Nature Nanotechnology . Cómo agrandar materiales 2D como monocristales
