Atomisk præcis samling af 2D-materialer baner vejen for næste generations elektronik

I mange tilfælde vil overfladeforurenende stoffer fanget mellem 2D-materialelag spontant adskilles i isolerede bobler adskilt af atomisk rene områder. "Denne adskillelse har givet os mulighed for at udforske de unikke egenskaber ved atomisk perfekte stakke," forklarede professor Gorbatjov. "Men de rene områder mellem forurenende bobler er generelt begrænset til titusinder af mikrometer for simple stakke, med endnu mindre områder til mere komplekse strukturer, der involverer yderligere lag og grænseflader."

Han uddybede yderligere, "Denne allestedsnærværende overførselsinducerede forurening, sammen med den variable belastning, der blev introduceret under overførselsprocessen, har været den primære hindring for udviklingen af ​​industrielt levedygtige elektroniske komponenter baseret på 2D-materialer."

Den polymere støtte, der anvendes i konventionelle teknikker, fungerer både som en kilde til forurening i nanoskala og en hindring for bestræbelser på at eliminere allerede eksisterende og omgivende forurenende stoffer. For eksempel bliver adsorberet forurening mere mobil ved høje temperaturer og kan være fuldstændig desorberet, men polymerer kan typisk ikke modstå temperaturer over et par hundrede grader. Derudover er polymerer uforenelige med mange flydende rengøringsmidler og har en tendens til at udgasse under vakuumforhold.

"For at overvinde disse begrænsninger udtænkte vi et alternativt hybridstempel, bestående af en fleksibel siliciumnitridmembran til mekanisk støtte og et ultratyndt metallag som en klæbrig 'lim' til at opsamle 2D-krystallerne," forklarede Dr. Nick Clark, anden forfatter til undersøgelsen.

"Ved at bruge metallaget kan vi forsigtigt opsamle et enkelt 2D-materiale og derefter sekventielt 'stemple' dets atomare flade nedre overflade på yderligere krystaller. Van der Waals-kræfterne ved denne perfekte grænseflade forårsager vedhæftning af disse krystaller, hvilket gør os i stand til at konstruere fejlfrit. stakke på op til otte lag."

Efter at have demonstreret teknikken ved hjælp af mikroskopiske flager mekanisk eksfolieret fra krystaller ved hjælp af "klæbende tape"-metoden, opskalerede teamet den ultrarene overførselsproces for at håndtere materialer dyrket fra gasfasen i større størrelser, hvilket opnåede ren overførsel af mm-skala områder. Evnen til at arbejde med disse "voksne" 2D-materialer er afgørende for deres skalerbarhed og potentielle anvendelser i næste generations elektroniske enheder.

Flere oplysninger: Wendong Wang et al., Ren samling af van der Waals heterostrukturer ved hjælp af siliciumnitridmembraner, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-01075-y

Journaloplysninger: Naturelektronik

Leveret af University of Manchester