Onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) hebben nieuwe bevindingen gedaan over de eigenschappen van tweedimensionaal molybdeendisulfide (MoS ₂ ), een veel bestudeerde halfgeleider van de toekomst.

In twee afzonderlijke onderzoeken onder leiding van professor Andrew Wee en assistent-professor Andrivo Rusydi van de afdeling Natuurkunde van de NUS-faculteit Wetenschappen, de onderzoekers ontdekten de rol van zuurstof in MoS ₂ , en een nieuwe techniek om meerdere afstembare, omgekeerde optische bandgaten in het materiaal. Deze nieuwe inzichten verdiepen het begrip van de intrinsieke eigenschappen van MoS ₂ die zijn toepassingen in de halfgeleiderindustrie mogelijk zou kunnen transformeren.

Onderzoekers van de National University of Singapore hebben nieuwe bevindingen gedaan over de eigenschappen van tweedimensionaal molybdeendisulfide (MoS ² ), een veel bestudeerde halfgeleider van de toekomst.

De onderzoeken zijn gepubliceerd in prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften Fysieke beoordelingsbrieven en Natuurcommunicatie respectievelijk.

MoS ₂ —een alternatief voor grafeen

MoS ₂ is een halfgeleiderachtig materiaal dat wenselijke elektronische en optische eigenschappen vertoont voor de ontwikkeling en verbetering van transistors, fotodetectoren en zonnecellen.

Prof Wee legde uit, "MoS ₂ heeft een groot industrieel belang. Met een atomair dunne tweedimensionale structuur en de aanwezigheid van een energiebandafstand van 1,8 eV, MoS ₂ is een halfgeleider die bredere toepassingen kan bieden dan grafeen dat geen band gap heeft."

Aanwezigheid van zuurstof verandert de elektronische en optische eigenschappen van MoS2

In de eerste studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 16 augustus 2017, NUS-onderzoekers voerden een diepgaande analyse uit waaruit bleek dat de energieopslagcapaciteit of diëlektrische functie van MoS ₂ kan worden veranderd met behulp van zuurstof.

Het team merkte op dat MoS2 een hogere diëlektrische functie vertoonde bij blootstelling aan zuurstof. Deze nieuwe kennis werpt licht op hoe adsorptie en desorptie van zuurstof door MoS2 kunnen worden gebruikt om de elektronische en optische eigenschappen ervan aan te passen aan verschillende toepassingen. De studie benadrukt ook de noodzaak om bij toekomstig onderzoek voldoende rekening te houden met extrinsieke factoren die de eigenschappen van het materiaal kunnen beïnvloeden.

De eerste auteur van dit artikel is dr. Pranjal Kumar Gogoi van de afdeling Natuurkunde van de NUS-faculteit Wetenschappen.

MoS2 kan twee afstembare optische bandgaps hebben

In de tweede studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 7 september 2017, het team van NUS-onderzoekers ontdekte dat, in tegenstelling tot conventionele halfgeleiders die doorgaans slechts één optische bandafstand hebben, elektronendoping van MoS2 op goud kan twee ongebruikelijke optische bandgaten in het materiaal creëren. In aanvulling, de twee optische bandgaps in MoS2 zijn afstembaar via een eenvoudige, ongecompliceerd gloeiproces.

Het onderzoeksteam identificeerde ook dat de afstembare optische bandhiaten worden veroorzaakt door sterke ladingsroosterkoppeling als gevolg van de elektronendoping.

De eerste auteur van dit tweede artikel is Dr. Xinmao Yin van de afdeling Natuurkunde van de NUS Faculty of Science.

De onderzoeksresultaten van de twee onderzoeken geven inzicht in andere materialen die een vergelijkbare structuur hebben als MoS ₂ .

"MoS2 valt onder een groep materialen die bekend staat als de tweedimensionale overgangsmetaaldihalcogeniden (2-D-TMD's) die van groot onderzoeksbelang zijn vanwege hun potentiële industriële toepassingen. De nieuwe kennis uit onze studies zal ons helpen bij het ontsluiten van de mogelijkheden van op 2-D-TMD gebaseerde toepassingen zoals de fabricage van op 2-D-TMD gebaseerde veldeffecttransistoren, " zei Asst Prof Rusydi.

Gebruikmakend van de bevindingen van deze onderzoeken, de onderzoekers zullen soortgelijke studies toepassen op andere 2-D-TMD's en verschillende mogelijkheden verkennen om nieuwe, waardevolle eigenschappen in 2-D-TMD's die niet in de natuur voorkomen.