Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een nieuwe manier ontwikkeld om dunne halfgeleiderfilms over te brengen, die slechts één atoom dik zijn, op willekeurige ondergronden, de weg vrijmaakt voor flexibele computers of fotonische apparaten. De techniek is veel sneller dan bestaande methoden en kan de dunne films op atomaire schaal perfect van het ene substraat naar het andere overbrengen, zonder scheuren te veroorzaken.

Het gaat om dunne films van molybdeensulfide (MoS2) van slechts één atoom dik, eerst ontwikkeld door Dr. Linyou Cao, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State. MoS2 is een goedkoop halfgeleidermateriaal met elektronische en optische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met materialen die al in de halfgeleiderindustrie worden gebruikt.

"Het uiteindelijke doel is om deze atomaire halfgeleidende dunne films te gebruiken om apparaten te maken die extreem flexibel zijn, maar om dat te doen, moeten we de dunne films van het substraat dat we hebben gebruikt om het te maken, overbrengen naar een flexibel substraat, " zegt Cao, die senior auteur is van een paper over de nieuwe transfertechniek. "Je kunt de dunne film niet maken op een flexibel substraat, omdat flexibele substraten niet bestand zijn tegen de hoge temperaturen die je nodig hebt om de dunne film te maken."

Cao's team maakt MoS2-films met een dikte van een atoom en een diameter tot 5 centimeter. De onderzoekers moesten een manier vinden om die dunne film te verplaatsen zonder hem te kreuken of te barsten, wat een uitdaging is vanwege de extreme delicatesse van de film.

"Om die uitdaging in perspectief te plaatsen, een atoomdikke dunne film van 5 centimeter breed is gelijk aan een stuk papier dat zo breed is als een grote stad, " zei Cao. "Ons doel is om die grote, dun papier van de ene stad naar de andere zonder schade of kreukels te veroorzaken."

Bestaande technieken voor het overbrengen van dergelijke dunne films van een substraat zijn gebaseerd op een proces dat chemisch etsen wordt genoemd, maar de chemicaliën die bij dat proces betrokken zijn, kunnen de film beschadigen of vervuilen. Cao's team heeft een techniek ontwikkeld die gebruik maakt van de fysieke eigenschappen van MoS2 om de dunne film over te brengen met alleen water op kamertemperatuur. een tissue en een pincet.

MoS2 is hydrofoob - het stoot water af. Maar het saffiersubstraat waarop de dunne film is gegroeid, is hydrofiel - het trekt water aan. De nieuwe transfertechniek van Cao werkt door een druppel water op de dunne film aan te brengen en vervolgens met een pincet of een scalpel in de rand van de film te prikken, zodat het water tussen de MoS2 en de saffier kan beginnen te dringen. Zodra het begint door te dringen, het water duwt in de opening, drijvend de dunne film op de top. De onderzoekers gebruiken een tissue om het water op te nemen en tillen het dunne laagje vervolgens met een pincet op en leggen het op een flexibele ondergrond. Het hele proces duurt een paar minuten. Chemisch etsen duurt uren.

"Het water verbreekt de hechting tussen het substraat en de dunne film - maar het is belangrijk om het water te verwijderen voordat je de film verplaatst, " zegt Cao. "Anders, capillaire werking zou ervoor zorgen dat de film knikt of vouwt wanneer u hem oppakt.

"Deze nieuwe overdrachtstechniek brengt ons een stap dichter bij het gebruik van MoS2 om flexibele computers te maken, " Cao voegt toe. "We zijn momenteel bezig met het ontwikkelen van apparaten die deze technologie gebruiken."