En 2004, el público conoció por primera vez el grafeno, un material notablemente delgado, flexible y conductor de electricidad que posee una resistencia considerable. Sin embargo, aprovechar el potencial del grafeno como componente ha presentado numerosos desafíos.

Por ejemplo, la creación de transistores basados ​​en electrodos requiere depositar películas dieléctricas extremadamente delgadas. Lamentablemente, este proceso ha provocado una reducción de las propiedades eléctricas del grafeno y ha provocado defectos durante la implementación.

Un equipo de investigación compuesto por coinvestigadores que incluyen al profesor Jihwan An del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), el Dr. Jeong Woo Shin del Departamento de Ingeniería Mecánica de NTU Singapur y Geonwoo Park del Departamento. de MSDE en SEOULTECH empleó un enfoque novedoso llamado deposición de capa atómica asistida por UV (UV-ALD) para tratar el electrodo de grafeno.

Esta técnica pionera dio como resultado la producción exitosa de una interfaz dieléctrica-grafeno de alto rendimiento. Sus hallazgos aparecieron en Materiales electrónicos avanzados. .

El equipo de investigación fue el primero en aplicar UV-ALD a la deposición de películas dieléctricas sobre la superficie del grafeno, que es un material bidimensional. La deposición de capas atómicas (ALD) implica agregar capas ultrafinas a escala atómica a un sustrato, y su importancia ha crecido considerablemente a medida que los componentes semiconductores se han reducido de tamaño. UV-ALD, que combina la luz ultravioleta con el proceso de deposición, permite la colocación de más películas dieléctricas que el ALD tradicional. Sin embargo, nadie había explorado la aplicación de UV-ALD para materiales 2D como el grafeno.

El equipo de investigación empleó luz ultravioleta con un rango de energía bajo (por debajo de 10 eV) para depositar películas dieléctricas de capas atómicas sobre la superficie del grafeno, activando eficazmente la superficie del grafeno sin comprometer sus propiedades inherentes. Esta activación se logró en condiciones específicas (en 5 segundos por ciclo durante el proceso ALD), lo que demuestra la posibilidad de depositar películas dieléctricas de capas atómicas de alta densidad y pureza a bajas temperaturas (por debajo de 100 ℃).

Además, cuando se fabricaron transistores de efecto de campo de grafeno mediante el proceso UV-ALD, las excepcionales propiedades eléctricas del grafeno permanecieron intactas. El resultado fue un aumento tres veces mayor en la movilidad de la carga y una reducción significativa en el voltaje de Dirac debido a la reducción de los defectos en la superficie del grafeno.

El profesor Jihwan An, que dirigió la investigación, explicó:"A través de UV-ALD, logramos una interfaz grafeno-dieléctrico de alto rendimiento". Y añadió:"Nuestro estudio dio como resultado la deposición uniforme de capas atómicas sin comprometer las propiedades de este material 2D. Espero que este desarrollo allane el camino para los dispositivos semiconductores y energéticos de próxima generación".

Más información: Geonwoo Park et al, Interfaz dieléctrica de grafeno de alto rendimiento mediante deposición de capa atómica asistida por rayos UV para transistores de efecto de campo de grafeno, Materiales electrónicos avanzados (2023). DOI:10.1002/aelm.202300074

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang