Un estudio de las moléculas de oxígeno que interactúan con capas atómicamente delgadas de materiales que se están desarrollando como nuevas generaciones de semiconductores podría mejorar significativamente el control sobre la fabricación y las aplicaciones de estos materiales bidimensionales (2D).
El trabajo, realizado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk (DGIST), en Corea del Sur, con colegas de otras partes de Corea del Sur y Japón, se publica en la revista Advanced Science. .
La capa única de átomos unidos que componen los materiales 2D puede tener propiedades semiconductoras adecuadas para fabricar componentes electrónicos, incluidos transistores, en escalas mucho más pequeñas de lo que generalmente es posible. Esto podría llevar la microelectrónica al nivel de la nanoelectrónica, construyendo circuitos pequeños y más eficientes, incluidos dispositivos flexibles y células solares.
Algunos de los materiales 2D más prometedores son los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), que tienen elementos de los grupos de metales de transición de la tabla periódica combinados con el doble de elementos calcógenos, especialmente azufre, selenio y telurio. El equipo de DGIST y sus colegas trabajaron con cristales monocapa TMD de tungsteno y azufre, con la fórmula WS2 .
Investigaron la tendencia de las moléculas de oxígeno a ser adsorbidas en los sitios defectuosos de los cristales:vacantes de azufre donde falta un átomo de azufre en WS2 sitios de celosía. Exploraron las interacciones entre los defectos y las moléculas de oxígeno con una técnica llamada espectroscopia de pérdida de energía electrónica (EELS).
Utiliza un microscopio electrónico para disparar electrones a través del material y luego analiza los patrones de pérdida de energía de los electrones para revelar información estructural crucial. Los resultados de EELS se combinaron con conocimientos procedentes de análisis ópticos y cálculos teóricos.
Los investigadores prestaron especial atención a la capacidad de las moléculas de oxígeno adsorbidas para fijarse en su lugar cuando el WS2 Los cristales se encapsularon dentro de monocapas de otro material, nitruro de boro hexagonal (h-BN), por encima y por debajo del WS2. capa. h-BN es un ingrediente común de los dispositivos electrónicos y fotónicos construidos con TMD 2D.
La fijación de las moléculas de oxígeno en los sitios del defecto altera y estabiliza el comportamiento electrónico de los TMD en un proceso llamado pasivación. Esto afecta a los cristales de maneras sutiles que influirán en su actividad en una variedad de aplicaciones.
"Nuestro trabajo proporciona una nueva visión de los fenómenos relacionados con los defectos en los TMD 2D, que pueden desencadenar enfoques revolucionarios para controlar los estados defectuosos", afirma el profesor Chang-Hee Cho, especialista en semiconductores y nanofotónica, del equipo DGIST.
"Ahora esperamos desarrollar nuevos enfoques y técnicas experimentales para controlar los estados defectuosos de los TMD 2D utilizando la encapsulación h-BN", añade Cho. "Esto nos permitirá avanzar en el método para estar listos para el desarrollo a gran escala y eventuales usos comerciales".
Más información: Jin-Woo Jung et al, Pasivación de defectos de semiconductores 2D mediante la fijación de moléculas de oxígeno quimiosorbidas mediante encapsulaciones de h-BN, Ciencia avanzada (2024). DOI:10.1002/advs.202310197
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk
