Dankzij een 's werelds eerste niet-destructieve methode voor kwaliteitscontrole van het National Physical Laboratory (NPL) heeft Oxford Instruments de fabricagetechnologie op wafelschaal voor 2D-materiaal MoS op de markt gebracht. ₂ .

De vraag naar miniaturisatie van elektronica, zoals smartphones, wearables en Internet of Things-apparaten, blijft groeien, maar de industrie bereikt nu de schaallimiet voor traditionele siliciummaterialen. Tweedimensionale (2-D) materialen hebben de afgelopen jaren veel belangstelling gekregen vanwege hun unieke elektrische en mechanische eigenschappen, naast atomair dunne afmetingen.

Terwijl grafeen het eerste 2D-materiaal was dat in detail werd bestudeerd, er is nu ook een focus op andere 2D-materialen met uiteenlopende eigenschappen en nieuwe toepassingen. Tussen deze, enkellaags molybdeendisulfide (MoS ₂ ), een halfgeleidend 2D-materiaal, trekt veel belangstelling vanwege de technologisch exploiteerbare elektronische en optische eigenschappen die de weg zouden kunnen effenen voor de volgende generatie elektronica en opto-elektronische apparaten.

Om elektronische apparaten gemaakt van 2D-materialen te commercialiseren, de industrie staat voor de uitdaging om kwaliteitscontroles uit te voeren zonder het materiaal te vernietigen of te beschadigen. Omdat een enkele laag van een 2D-materiaal slechts een enkel atoom of molecuul dik is, het beoordelen van hun kwaliteit is tot nu toe alleen mogelijk geweest met behulp van destructieve technieken. Verwacht wordt dat defecten een grote invloed zullen hebben op de prestaties van MoS ₂ -gebaseerde elektronische apparaten, dus het vermogen om het aantal defecten te onderzoeken en te kwantificeren zonder schade te veroorzaken, is cruciaal om grootschalige productie van het materiaal mogelijk te maken, apparaat fabricage en materiaal functionalisering.

Oxford-instrumenten, een toonaangevende leverancier van hoogtechnologische systemen en hulpmiddelen voor industrie en onderzoek, wilde een nieuw depositiesysteem en -proces ontwikkelen dat MoS . zou kunnen produceren ₂ op een meer industrieel schaalbare manier om de commercialisering van MoS . te bevorderen ₂ . Het team van onderzoekers had behoefte aan een geschikte aanpak voor kwaliteitscontrole, en wendde zich tot het onderzoek van het National Graphene Metrology Centre (NGMC), een wereldleider in de karakterisering en geavanceerde meting van 2D-materialen, bij NPL.

"We onderzochten het gebruik van Raman-spectroscopie voor het karakteriseren van MoS ₂ en ontdekte dat het een levensvatbare high-throughput en niet-destructieve techniek is voor het kwantificeren van defecten in dit opwindende 2D-materiaal, " herinnert Dr. Andrew Pollard zich, Senior onderzoekswetenschapper bij NPL. "Belangrijk voor deze studie is dat we bekende defecten controleerbaar in MoS . kunnen introduceren ₂ als eerste stap, met behulp van een techniek uit ons eerdere werk in grafeen."

Hierdoor, zegt dr. Ravi Sundaram, Senior wetenschapper bij Oxford Instruments, "We waren in staat om het industrieel gerichte onderzoek van NPL te gebruiken als een raamwerk voor het ontwikkelen van onze eigen kwaliteitscontrolemaatregel die Raman-spectroscopie gebruikt om defecten in MoS te kwantificeren ₂ geproduceerd met behulp van chemische dampafzetting. Hoewel dergelijke technieken veel worden gebruikt voor grafeen, er was geen vaste manier om de kwaliteit van MoS . te controleren ₂ op een niet-destructieve manier voordat het werk van NPL werd gepubliceerd. Door de kwaliteit van het materiaal te kunnen meten, kunnen we het groeiproces optimaliseren. Dit zorgt ervoor dat we een zeer hoge kwaliteit kunnen leveren, lage defectdichtheid MoS ₂ films van onze tools."

NPL's werk aan MoS ₂ gaf Oxford Instruments de methodologie die ze nodig hadden om hun eigen kwaliteitscontroleproces te ontwikkelen, die kenmerkend is voor de 2-D MoS ₂ lagen zonder destructieve impact op de materiaalstructuur. Dit stelt het team in staat om de MoS . efficiënt te karakteriseren ₂ geproduceerd via een industrieel schaalbare technologie, helpen om de commercialisering van 2D-materialen te versnellen.

"We hebben zowel academische als industriële klanten, die op zoek zijn naar een efficiënte productie en karakterisering van deze nieuwe materialen, " zegt Ravi. "MoS ₂ is een veelbelovend materiaal voor elektronica, en nogal wat industrieën zijn erin geïnteresseerd. Efficiënt kunnen produceren is van vitaal belang om het materiaal commercieel levensvatbaar en aantrekkelijk te maken, en deze techniek heeft ons geholpen om onze klanten een kwalitatief hoogstaand en concurrerend product te bieden."

MoS ₂ is veelbelovend in zowel elektronica als opto-elektronica. De inherent dunne atomaire structuur biedt niet alleen verschillende voordelen bij het verkleinen van traditionele elektronica, maar opent ook de mogelijkheid om verdere functionele elementen op een chip toe te voegen voor toepassingen zoals sensoren. In aanvulling, zijn halfgeleidende elektronische structuur maakt hem zeer interessant voor optische toepassingen zoals fotovoltaïsche energie en lichtemissie. Als zodanig, opschalen van de productie van MoS ₂ en het beoordelen van de kwaliteit ervan met behulp van niet-destructieve benaderingen biedt enorme voordelen, niet alleen voor fabrikanten, maar ook voor de sector als geheel.