Ultra-stort enkelt-krystal WS2 monolag

Da siliciumbaseret halvledende teknologi nærmer sig grænsen for dens ydeevne, er nye materialer, der kan erstatte eller delvist erstatte silicium i teknologi, meget ønsket. For nylig tilbyder fremkomsten af ​​grafen og andre todimensionelle (2D) materialer en ny platform til at bygge næste generation af halvledende teknologi. Blandt dem transition metal dichalcogenider (TMD'er), såsom MoS₂ , WS₂ , MoSe₂ , WSe₂ , er de mest tiltalende 2D-halvledere.

En forudsætning for at bygge ultra-stor-skala højtydende halvledende kredsløb er, at basismaterialerne skal være en enkelt krystal af wafer-skala, ligesom den silicium wafer, der bruges i dag. Selvom der er blevet gjort en stor indsats for væksten af ​​enkeltkrystaller i wafer-skala af TMD'er, var succesen meget begrænset indtil nu.

Den fremtrædende professor Feng Ding og hans forskerhold fra Center for Multidimensional CarbonMaterials (CMCM), inden for Institute for Basic Science (IBS) ved UNIST, i samarbejde med forsker ved Peking University (PKU), Beijing Institute of Technology og Fudan University, rapporterede den direkte vækst af 2-tommer enkeltkrystal WS₂ monolag film for ganske nylig. Udover WS₂ , demonstrerede forskerholdet også væksten af ​​enkeltkrystal MoS₂ , WSe₂ , og MoSe₂ også i wafer-skala.

Nøgleteknologien ved epitaksialt dyrket en stor sing-krystal er at sikre, at alle små enkelt-krystal dyrket på et substrat er ensartet justeret. Fordi TMD'er har ikke-centrosymmetrisk struktur eller spejlbilledet af en TMD i forhold til en kant af det har modsat justering, skal vi bryde en sådan symmetri ved omhyggeligt at designe substratet. Baseret på teoretiske beregninger foreslog forfatterne en mekanisme for "dobbelt-koblingsstyret epitaksiv vækst " til eksperimentelt design. WS₂ -safir planinteraktion som den første drivkraft, hvilket fører til to foretrukne antiparallelle orienteringer af WS₂ øer. Koblingen mellem WS₂ og sapphire step-edge er den anden drivkraft, og det vil bryde degenerationen af ​​de to antiparallelle orienteringer. Derefter er alle TMD-enkeltkrystallerne dyrket på et substrat med trinkanter alle ensrettet, og endelig fører sammensmeltningen af ​​disse små enkeltkrystaller til en stor enkeltkrystal af samme størrelse som substratet.

"Denne nye dual-coupling epitaxy vækstmekanisme er ny for kontrollerbar materialevækst. I princippet giver den os mulighed for at dyrke alle 2D-materialer til enkeltkrystaller med stort område, hvis det rigtige substrat blev fundet." Siger Dr. Ting Cheng, den første forfatter af undersøgelsen. "Vi har overvejet, hvordan man teoretisk vælger korrekte underlag. For det første skal underlaget have en lav symmetri, og for det andet foretrækkes flere trinkanter." understreger professor Feng Ding, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

"Dette er et stort skridt fremad inden for 2D-materialebaserede enheder. Da den vellykkede vækst af enkeltkrystal 2D TMD'er i waferskala på isolatorer ud over grafen og hBN på overgangsmetalsubstrater, giver vores undersøgelse den nødvendige nøglesten til 2D-halvledere i avancerede anvendelser af elektroniske og optiske enheder," forklarer professor Feng Ding.

Forskningen blev offentliggjort i Nature Nanotechnology . + Udforsk yderligere

Sådan forstørres 2D-materialer som enkeltkrystaller