Nano-bånd fra hurtige nano-dråber

National University of Singapore forskere har opdaget en unik vækstmekanisme til at producere atom tynde halvlederbånd, der kan tjene som en byggesten til højtydende nanoelektroniske enheder.

Syntese af ultratynde halvledere, såsom monolags molybdendisulfid og beslægtede forbindelser, har tiltrukket enorm interesse i de sidste flere år for deres potentielle brug til at forbedre ydeevnen af ​​nanoelektroniske enheder. Evnen til at syntetisere denne nye klasse af materialer med en ønsket geometri ville spille en vigtig rolle i at lette deres fremstillingsproces og implementering i integrerede kredsløb med høj densitet.

Et team ledet af prof. Goki EDA fra afdelingerne for fysik og kemi og Center for avancerede 2-D-materialer (CA2DM) på NUS har opdaget en måde at dyrke nano- og mikrobåndsstrukturer af molybdendisulfid, der kun er tre atomer tykke og i gennemsnit hundredvis af nanometer brede. Metoden involverer omsætning af svovldamp med en blanding af molybdentrioxid og natriumchloridsalt ved ~ 700oC på en ren krystaloverflade. Forskerne fandt ud af, at saltet reagerer med molybdentrioxid for at give en tertiær forbindelse indeholdende natrium, molybdæn og ilt i forskellige atomforhold. Denne forbindelse smelter derefter og danner små dråber ved væksttemperaturen (~ 700 grader C). De mikroskopiske dråber af denne forbindelse reagerer derefter med svovl for at danne ultratyndt båndformet molybdendisulfid. Denne struktur er påfaldende forskellig fra det typiske produkt af en saltfri vækst, som er trekantet og sekskantet i form.

"Væksten af ​​bestilte bånd var en stor overraskelse, fordi standardvækstmodellen ikke forudsiger sådanne strukturer, men vi indså, at det var resultatet af en tydelig vækstmekanisme, "sagde Dr. LI, som var stipendiat i prof. Edas gruppe, men nu er hos National Institute of Materials Science i Japan. Den almindeligt accepterede vækstmekanisme er afhængig af prækursorernes iboende dynamik for at diffundere og selvorganisere sig på substratoverfladen. Dr. Li tilføjede, "Denne mekanisme kunne ikke forklare vores observationer."

Forskerne forklarer, at det observerede fænomen er en form for den velkendte damp-væske-faste (VLS) vækst, hvor dampfaseprekursorerne kondenserer til et flydende mellemprodukt, før de danner det faste produkt. Morfologien for de smalle bånd opnået i denne undersøgelse var, imidlertid, i modsætning til hvad der normalt forventes af en VLS -vækst, som typisk giver cylindriske eller rørformede strukturer. Deres observation indikerer, at den flydende dråbe bevæger sig på substratoverfladen på en ordnet måde, efterlader et spor af ultratynde krystaller. Processen ligner "at male med en blækdråbe".

De halvledende bånd syntetiseret ved denne metode udviste høj krystalkvalitet. Forskerne demonstrerede, at højtydende mikroskopiske transistorer (med en felteffektmobilitet på ~ 30 cm ² /Vs og on-off ratio på ~ 106) kan fremstilles ud fra de enkelte bånd. Fordi det asyntetiserede materiale allerede er i den form, der er egnet til enheden, denne nye vækstmetode tillader enkel fremstilling af enheden uden behov for et ekstra mønstertrin, som normalt kræves, når andre syntesemetoder anvendes.

Prof Eda sagde, "Vores arbejde åbner mange interessante spørgsmål om overflade- og grænsefladevækst af nanomaterialer. Vi mener, at mange andre materialer kan dyrkes ved hjælp af en lignende tilgang. Det kortsigtede mål er at forstå vækstmekanismen bedre og kontrollere båndenes morfologi. "

Prof Eda forestiller sig, at evnen til direkte at dyrke komplekse halvledende strukturer i høj grad vil lette realiseringen af ​​højtydende nanoelektroniske enheder.