PtSe2 gassensor chip. Kredit:Trinity College Dublin
Forskere fra Trinity College Dublin, Irland har vist, at PtSe2, et lidt undersøgt overgangsmetal dichalcogenid har potentiale til en række forskellige anvendelser. I særdeleshed, PtSe2 er en fremragende højtydende gassensor, og fremstillingen er kompatibel med siliciumchipstøberier.
Forskere fra Graphene Flagship, arbejder på AMBER-centret i Trinity College Dublin, Irland i samarbejde med forskere fra University of Siegen, Tyskland, og Wien Universitet, Østrig, har demonstreret ultrahurtige og meget følsomme gassensorer, der bruger platinselenid (PtSe2). Dette materiale – et overgangsmetal dichalcogenid (TMD) – har et lovende potentiale inden for forskellige områder af nanoelektronik, herunder optoelektronik samt sansning. Denne forskning, udgivet i ACS Nano , demonstrerer potentialet ved PtSe2 i en række applikationer, og præsenterer dette lidt undersøgte materiale som en glimrende kandidat til yderligere undersøgelse.
Den nye TMD blev skabt ved hjælp af en metalkonverteringsmetode, hvor tynd platinfilm omdannes til PtSe2 ved termisk assisteret omdannelse i selendamp ved 400 °C. PtSe2 slutter sig nu til den voksende klasse af stabile TMD'er. Georg Duesberg, fra Trinity College Dublin, er hovedforsker af undersøgelsen. Han sagde "Vi udførte en screeningsundersøgelse af materialer, for at kontrollere et par forskellige materialekombinationer. Omdannelsen af metaller er nyttig i jagten på nye materialer, fordi det er nemt at gøre. Af de andre kombinationer, der virkede, mange oxiderede straks, så de var ikke stabile. Vi var meget heldige at finde et sødt sted med dette materiale, og at være i stand til at syntetisere det i stor skala."
En af fordelene ved PtSe2 er fremstillingsmetoden, som er kompatibel med fremstilling af siliciumchips. "Vi dyrker PtSe2 ved 400 ° C, hvilket gør det potentielt velegnet til såkaldt back end of line (BEOL) behandling. Det betyder, at det kan kombineres med eksisterende enhedsarkitekturer for at tilføje ny funktionalitet, "sagde Niall McEvoy, en forsker ved Trinity College Dublin, der udførte vækstforsøgene. BEOL -behandling kommer efter selve fremstillingen af integrerede kredsløb af en siliciumchip, Det er afgørende, at temperaturen er under 450 °C, for at bevare funktionaliteten af det integrerede kredsløb. "Dette er meget interessant for flagskibets fremstød mod industrielle applikationer, " tilføjede Duesberg. "Dette kan potentielt dyrkes oven på en chip. Du kan forestille dig at bruge dette materiale til tingenes internet, sensorer og så videre."
For at demonstrere mulige anvendelser for det nye materiale, forskerne testede dens ydeevne i sansning af NO2. "Alle vores hjemmelavede materialer er testet som gassensorer. PtSe2 viste fremragende resultater, høj følsomhed, fremragende responstid og næsten fuldstændig genopretning, " sagde Kangho Lee, en forsker ved Trinity College Dublin, der udførte gassensing-eksperimenterne. Gasmolekyler adsorberet på overfladen af PtSe2 ændrer dens ledningsevne, sænke modstanden. Forskerne fandt ud af, at PtSe2 havde ekstrem høj følsomhed, måler 100 ppb NO2 ved stuetemperatur. Sensoren var også ekstremt hurtig til at reagere på gassen - detekterede små mængder gas på kun sekunder - og kom sig fuldstændig inden for et minut, når den inerte atmosfære var genoprettet.
Til kommercielle sensing-applikationer, sensoren må kun reagere på specifikke gasser, så ændringer i miljøforhold kan overvåges. McEvoy er optimistisk med hensyn til, at PtSe2 kan behandles, så den har de nødvendige selektive sensingsegenskaber. "Med nogle tilføjede behandlingstrin, at skabe selektivitet, PtSe2 kan potentielt bruges i en bred vifte af industrielle kemiske registreringsapplikationer, " sagde han. En potentiel vej til selektiv sensing kunne være tilføjelsen af kemiske grupper, der reagerer på den valgte gas.