Het is nu mogelijk om ultradunne vellen molybdeendisulfide met een groot oppervlak te kweken, een tweedimensionaal (2D) materiaal dat de volgende generatie elektronische en opto-elektronische apparaten belooft, dankzij een nieuwe draai aan een standaardmethode ontwikkeld door A*STAR-wetenschappers.

Molybdeendisulfide, een van een familie van zogenaamde halfgeleidende overgangsmetaal dichalcogeniden (TMDC's), heeft veel aandacht getrokken als 2D-materiaal, dankzij zijn opmerkelijke elektronische en opto-elektronische eigenschappen. Maar het maken van atomair dunne lagen TMDC's met een groot oppervlak is notoir moeilijk, met conventionele groeimethoden zoals mechanische afschilfering en fysieke dampafzetting, wat enkellaagse films oplevert van slechts enkele micrometers groot.

Om de beperking van een dergelijk bruikbaar materiaal te overwinnen, Dongzhi Chi en Hongfei Liu van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering zochten naar een manier om een ​​standaard fabricagetechniek aan te passen, hoge kwaliteit te kweken, millimeter grote enkellaagse molybdeendisulfide nanosheets.

"Het groeimechanisme van 2D-films is nog steeds niet volledig begrepen en is een grote hindernis voor hun grootschalige acceptatie in elektronische toepassingen, " zegt Chi. "Het kweken van 2D-materialen met een groot oppervlak maakt grootschalige fabricage van geïntegreerde schakelingen mogelijk met behulp van conventionele halfgeleiderverwerkingsmethoden."

Door chemische dampafzetting aan te passen - een productietool die in alles wordt gebruikt, van zonnebrillen tot chipszakken en van fundamenteel belang voor de productie van veel van de hedendaagse elektronische apparaten - waren ze in staat om enkellaags molybdeendisulfide-nanobladen met sterk grotere korrelgrootte te laten groeien.

"Kleinere korrelgroottes resulteren in structurele defecten, dus apparaten die met dergelijke materialen zijn gemaakt, presteren slecht, " legt Chi uit. "Grotere korrelgrootte 2D TMDC's, echter, deze defecten te minimaliseren en tot betere prestaties te leiden."

In een onder druk staande reactiekamer, molybdeentrioxide in poedervorm en zwavel werden verdampt. Om grotere korrelgroottes te creëren, de onderzoekers verhoogden de temperatuur van de reactiekamer en gebruikten een silicium- of kwartsschaduwmasker, gehouden over een saffiersubstraat, om indirect de molybdeentrioxide- en zwaveldampen toe te voeren aan het voortschrijdende molybdeendisulfidegroeifront op het substraat.

Rimpelingen werden geïntroduceerd in de enkellaagse molybdeendisulfide nanosheets door ze te verlichten met een laser. Er wordt voorspeld dat deze rimpelstructuren een significant effect zullen hebben op de elektronische, mechanisch, en transporteigenschappen van enkellaags molybdeendisulfide.

Om de enkellaagse molybdeendisulfide nanosheets en hun laser-geïnduceerde rimpelstructuren te vergelijken, de onderzoekers gebruikten een aantal karakteriseringstools, waaronder Raman-verstrooiing en fotoluminescentiespectroscopie, evenals atoomkrachtmicroscopie.

"Het bestuderen van deze materialen kan leiden tot de ontdekking van nieuwe fysica en ook helpen bij de fabricage van elektronische en opto-elektronische apparaten met nieuwe functies en verbeterde prestaties, " zegt Chi.