Ny produktionsmetode for 2D-materialer kan føre til smartere enheder

En verdensførste ikke-destruktiv kvalitetskontrolmetode fra National Physical Laboratory (NPL) har gjort det muligt for Oxford Instruments at kommercialisere wafer-skala fremstillingsteknologi til 2-D materiale MoS ₂ .

Kravet om miniaturisering af elektronik, såsom smartphones, wearables og Internet of Things-enheder, fortsætter med at vokse, men industrien er nu ved at nå skaleringsgrænsen for traditionelle siliciummaterialer. Todimensionelle (2-D) materialer har tiltrukket sig betydelig interesse i de senere år på grund af deres unikke elektriske og mekaniske egenskaber, sammen med atomare tynde dimensioner.

Mens grafen var det første 2D-materiale, der blev studeret i detaljer, der er nu også fokus på andre 2-D materialer med forskellige egenskaber og nye anvendelsesmuligheder. Imellem disse, enkeltlags molybdændisulfid (MoS ₂ ), et halvledende 2D-materiale, genererer stor interesse på grund af dets teknologisk udnyttelige elektroniske og optiske egenskaber, der kan bane vejen for den næste generation af elektronik- og optoelektronikenheder.

For at kommercialisere elektroniske enheder lavet af 2-D materialer, industrien står over for en udfordring med at udføre kvalitetskontrol uden at ødelægge eller beskadige materialet. Da et enkelt lag af et 2D-materiale kun er et enkelt atom eller molekyle tykt, at vurdere deres kvalitet hidtil har kun været muligt ved hjælp af destruktive teknikker. Defekter forventes at have en kritisk indvirkning på ydelsen af ​​MoS ₂ -baserede elektroniske enheder, så evnen til at undersøge og kvantificere antallet af defekter uden at forårsage skade er afgørende for at muliggøre storstilet fremstilling af materialet, enhedsfremstilling og materialefunktionalisering.

Oxford Instruments, en førende leverandør af højteknologiske systemer og værktøjer til industri og forskning, søgte at udvikle et nyt deponeringssystem og en ny proces, der kunne producere MoS ₂ på en mere industrielt skalerbar måde for at hjælpe med at fremme kommercialiseringen af ​​MoS ₂ . Forskerholdet havde brug for en passende kvalitetskontroltilgang, og henvendte sig til forskningen fra National Graphene Metrology Center (NGMC), verdens førende inden for karakterisering og avanceret måling af 2-D materialer, hos NPL.

"Vi undersøgte brugen af ​​Raman-spektroskopi til at karakterisere MoS ₂ og fandt ud af, at det er en levedygtig høj-throughput og ikke-destruktiv teknik til at kvantificere defekter i dette spændende 2-D-materiale, " husker Dr. Andrew Pollard, Seniorforsker ved NPL. "Vigtigt for denne undersøgelse kunne vi kontrolleret introducere kendte defekter i MoS ₂ som et første skridt, ved hjælp af en teknik fra vores tidligere arbejde i grafen. "

På grund af dette, siger Dr Ravi Sundaram, Senior Scientist hos Oxford Instruments, "vi var i stand til at bruge NPLs industrielt fokuserede forskning som en ramme for at udvikle vores eget kvalitetskontrolforanstaltning, der bruger Raman-spektroskopi til at kvantificere defekter i MoS ₂ fremstillet ved kemisk dampaflejring. Mens sådanne teknikker er meget brugt til grafen, der var ingen etableret måde at kontrollere kvaliteten af ​​MoS på ₂ på en ikke-destruktiv måde, før NPL's arbejde blev offentliggjort. At kunne måle kvaliteten af ​​materialet gør os i stand til at optimere vækstprocessen. Dette sikrer, at vi er i stand til at levere meget høj kvalitet, lav defekt densitet MoS ₂ film fra vores værktøjer."

NPL's arbejde med MoS ₂ gav Oxford Instruments den metode, de havde brug for til at udvikle deres egen kvalitetskontrolproces, som kendetegner 2-D MoS ₂ lag uden at have en ødelæggende indvirkning på materialets struktur. Dette gør det muligt for teamet at effektivt karakterisere MoS ₂ fremstillet via en industrielt skalerbar teknologi, med til at accelerere kommercialiseringen af ​​2-D materialer.

"Vi har både akademiske og industrikunder, som leder efter effektiv produktion og karakterisering af disse nye materialer, " siger Ravi. "MoS ₂ er et lovende materiale til elektronik, og en del industrier er interesserede i det. At kunne fremstille det effektivt er afgørende for at gøre materialet kommercielt levedygtigt og attraktivt, og denne teknik har hjulpet os med at tilbyde et højkvalitets og konkurrencedygtigt produkt til vores kunder."

MoS ₂ viser løfte inden for både elektronik og optoelektronik. Dens iboende tynde atomstruktur byder ikke kun på flere fordele ved at nedskalere traditionel elektronik, men åbner også muligheden for at tilføje yderligere funktionelle elementer på en chip til applikationer som sensorer. Ud over, dens halvledende elektroniske struktur gør den meget interessant for optiske applikationer som f.eks. solceller og lysemission. Som sådan, opskalering af produktionen af ​​MoS ₂ og vurdering af dens kvalitet ved hjælp af ikke-destruktive tilgange giver store fordele ikke kun for producenter, men også til branchen som helhed.