Ny måde at flytte atomisk tynde halvledere til brug i fleksible enheder

Forskere fra North Carolina State University har udviklet en ny måde at overføre tynde halvlederfilm på, som kun er et atom tykt, på vilkårlige underlag, baner vejen for fleksible computere eller fotoniske enheder. Teknikken er meget hurtigere end eksisterende metoder og kan perfekt overføre atomskala tynde film fra et substrat til andre, uden at forårsage revner.

Det drejer sig om molybdænsulfid (MoS2) tynde film, der kun er et atom tykke, først udviklet af Dr. Linyou Cao, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State. MoS2 er et billigt halvledermateriale med elektroniske og optiske egenskaber svarende til materialer, der allerede anvendes i halvlederindustrien.

"Det ultimative mål er at bruge disse atomlag halvledende tynde film til at skabe enheder, der er ekstremt fleksible, men for at gøre det skal vi overføre de tynde film fra det substrat, vi brugte til at lave det, til et fleksibelt substrat, " siger Cao, der er seniorforfatter til et papir om den nye overførselsteknik. "Du kan ikke lave den tynde film på et fleksibelt underlag, fordi fleksible underlag ikke kan modstå de høje temperaturer, du skal bruge for at lave den tynde film."

Caos team laver MoS2-film, der er et atomtykt og op til 5 centimeter i diameter. Forskerne skulle finde en måde at flytte den tynde film på uden at rynke eller revne den. hvilket er udfordrende på grund af filmens ekstreme delikatesse.

"For at sætte den udfordring i perspektiv, en atomtyk tynd film, der er 5 centimeter bred, svarer til et stykke papir, der er lige så bredt som en stor by, " sagde Cao. "Vores mål er at overføre så store, tyndt papir fra en by til en anden uden at forårsage skader eller rynker."

Eksisterende teknikker til at overføre sådanne tynde film fra et substrat er afhængige af en proces kaldet kemisk ætsning, men de kemikalier, der er involveret i den proces, kan beskadige eller forurene filmen. Caos team har udviklet en teknik, der udnytter MoS2's fysiske egenskaber til at overføre den tynde film ved kun at bruge stuetemperaturvand, en serviet og en pincet.

MoS2 er hydrofob - det afviser vand. Men safirsubstratet, den tynde film er dyrket på, er hydrofilt - det tiltrækker vand. Caos nye overførselsteknik fungerer ved at påføre en dråbe vand på den tynde film og derefter prikke i kanten af ​​filmen med en pincet eller en skalpel, så vandet kan begynde at trænge ind mellem MoS2 og safiren. Når det først er begyndt at trænge ind, vandet skubber ind i hullet, flyder den tynde film ovenpå. Forskerne bruger et væv til at opsuge vandet og løfter derefter den tynde film med en pincet og placerer den på et fleksibelt underlag. Hele processen tager et par minutter. Kemisk ætsning tager timer.

"Vandet bryder vedhæftningen mellem underlaget og den tynde film - men det er vigtigt at fjerne vandet, før filmen flyttes, " siger Cao. "Ellers, kapillarvirkning ville få filmen til at spænde eller folde, når du tager den op.

"Denne nye overførselsteknik bringer os et skridt tættere på at bruge MoS2 til at skabe fleksible computere, " Cao tilføjer. "Vi er i øjeblikket i gang med at udvikle enheder, der bruger denne teknologi."