Onderzoekers van Trinity College Dublin, Ierland hebben aangetoond dat PtSe2, een weinig bestudeerd overgangsmetaal dichalcogenide heeft potentieel voor een verscheidenheid aan toepassingen. Vooral, PtSe2 is een uitstekende hoogwaardige gassensor, en fabricage is compatibel met gieterijen van siliciumchips.

Onderzoekers van het Graphene Flagship, werkzaam in het AMBER-centrum in Trinity College Dublin, Ierland in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Siegen, Duitsland, en Universiteit van Wenen, Oostenrijk, hebben ultrasnelle en zeer gevoelige gassensoren gedemonstreerd met behulp van platinaselenide (PtSe2). Dit materiaal – een overgangsmetaal dichalcogenide (TMD) – heeft veelbelovend potentieel op verschillende gebieden van nano-elektronica, inclusief opto-elektronica en sensing. Dit onderzoek, gepubliceerd in ACS Nano , demonstreert het potentieel van PtSe2 in een reeks toepassingen, en presenteert dit weinig bestudeerde materiaal als een uitstekende kandidaat voor verder onderzoek.

De nieuwe TMD is gemaakt met behulp van een metaalconversiemethode, waarin dunne platinafilm wordt omgezet in PtSe2 door thermisch ondersteunde conversie in seleniumdamp bij 400 ° C. PtSe2 voegt zich nu bij de groeiende klasse van stabiele TMD's. Georg Duesberg, van Trinity College Dublin, is de hoofdonderzoeker van het onderzoek. Hij zei:"We hebben een screeningstudie van materialen uitgevoerd, om een ​​paar verschillende materiaalcombinaties te controleren. De omzetting van metalen is nuttig bij de zoektocht naar nieuwe materialen, omdat het eenvoudig te doen is. Van de andere combinaties die werkten, velen onmiddellijk geoxideerd, dus ze waren niet stabiel. We hadden het geluk om een ​​goede plek te vinden met dit materiaal, en om het op grote schaal te kunnen synthetiseren."

Een van de voordelen van PtSe2 is de fabricagemethode, die compatibel is met fabricage van siliciumchips. "We kweken PtSe2 bij 400 °C, waardoor het mogelijk geschikt is voor zogenaamde back-end of line (BEOL) -verwerking. Dit betekent dat het kan worden gecombineerd met bestaande apparaatarchitecturen om nieuwe functionaliteit toe te voegen, " zei Niall McEvoy, een onderzoeker aan het Trinity College Dublin die de groei-experimenten uitvoerde. BEOL-verwerking komt na de feitelijke fabricage van geïntegreerde schakelingen van een siliciumchip, Het is cruciaal dat de temperatuur lager is dan 450 °C, om de functionaliteit van de geïntegreerde schakeling te behouden. "Dit is erg interessant voor de drang van het vlaggenschip naar industriële toepassingen, "voegde Duesberg toe. "Dit kan potentieel op een chip worden gekweekt. Je kunt je voorstellen dat je dit materiaal gebruikt voor het internet der dingen, sensoren enzovoort."

Om mogelijke toepassingen voor het nieuwe materiaal te demonstreren, de onderzoekers testten de prestaties bij het detecteren van NO2. "Al onze materialen van eigen bodem worden getest als gassensoren. PtSe2 liet uitstekende resultaten zien, hoge gevoeligheid, uitstekende responstijd en bijna volledig herstel, " zei Kangho Lee, een onderzoeker aan het Trinity College Dublin die de gasdetectie-experimenten uitvoerde. Op het oppervlak van de PtSe2 geadsorbeerde gasmoleculen veranderen de geleidbaarheid, het verlagen van de weerstand. De onderzoekers ontdekten dat de PtSe2 een extreem hoge gevoeligheid had, het meten van 100 ppb NO2 bij kamertemperatuur. De sensor reageerde ook extreem snel op het gas - detecteerde kleine hoeveelheden gas in slechts enkele seconden - en herstelde zich binnen een minuut volledig toen de inerte atmosfeer was hersteld.

Voor commerciële detectietoepassingen, de sensor moet alleen reageren op specifieke gassen, zodat veranderingen in de omgevingsomstandigheden kunnen worden gevolgd. McEvoy is optimistisch dat de PtSe2 kan worden behandeld om de benodigde selectieve detectie-eigenschappen te hebben. "Met enkele toegevoegde verwerkingsstappen, selectiviteit teweeg te brengen, PtSe2 kan mogelijk worden gebruikt in een breed scala aan industriële chemische detectietoepassingen, " zei hij. Een mogelijke route naar selectieve detectie zou de toevoeging kunnen zijn van chemische groepen die reageren op het gekozen gas.