Halfgeleiderfabrikanten besteden meer aandacht aan tweedimensionale materialen, zoals overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD's), na de ontdekking, bij KAUST, van een epitaxiaal groeiproces van monokristallijne TMD's nanoribbons.

Een opkomende trend in het ontwerp van transistors omvat ruimtebesparende architecturen die componenten op elkaar stapelen. TMD's hebben potentieel voor deze systemen omdat ze gemakkelijk dunne platen vormen, bekend als nanolinten, die voorzien zijn van elektrische, optische en magnetische activiteit. Echter, typische halfgeleiderprocessen, zoals fotolithografie, ingewikkelde procedures vereisen om TMD's van voldoende kwaliteit voor apparaatdoeleinden te produceren.

In samenwerking met onderzoekers in de V.S. België en Taiwan, Vincent Tung en collega's van KAUST ontwikkelen alternatieve benaderingen voor TMD-fabricage met behulp van oppervlaktesjablonen om de groei van één kristal te sturen.

Tijdens het analyseren van kandidaten met hoge resolutie elektronenmicroscopie, onderzoeker Areej Aljarb ontdekte iets ongewoons aan een halfgeleider genaamd galliumtrioxide (Ga ₂ O ₃ ). Na het afpellen van lagen van het schilferige materiaal met plakband, ze zag rijen smalle, terrasachtige richels die over de hele Ga . omhoog of omlaag liepen ₂ O ₃ oppervlakte.

"De trappen zijn erg steil en goed belicht, " zegt Aljarb. "En omdat de atomen in de buurt van deze richels asymmetrische structuren hebben, ze kunnen de groei in specifieke richtingen stimuleren."

Toen het team Ga . ontmaskerde ₂ O ₃ oppervlakken tot een mengsel van molybdeen en zwavelgas, ze observeerden dat TMD-nanoribbons in de lengte langs de richels kristalliseerden met structuren die praktisch defectvrij waren. Microscopie-experimenten en theoretische modellen onthulden dat de richel-atomen unieke energetische kenmerken hadden die uitgelijnde nucleatie mogelijk maakten om nanoribbons van één kristal te vormen. "Al decenia, wetenschappers hebben geprobeerd om 2-D monokristallijne halfgeleiders op isolatoren te laten groeien, en dit werk toont aan dat het beheersen van de richels van het substraat de sleutel is, ' zegt Tung.

Intrigerend, de nanolinten konden worden losgetrokken en op andere substraten worden overgebracht zonder ze te beschadigen. Om mogelijke toepassingen van de richelgestuurde groeitechnologie te verkennen, de internationale groep heeft de handen ineen geslagen om een ​​transistor te ontwerpen die nanoribbons van de Ga . kan bevatten ₂ O ₃ sjabloon. Elektronische metingen toonden aan dat de nieuwe transistor met hoge snelheden kon werken en versterkingsfactoren had die vergelijkbaar waren met TMD-materialen die met meer arbeidsintensieve technieken werden geproduceerd.

"De nanolinten groeien langs de richels met behulp van zwakke fysieke interacties om op hun plaats te blijven, wat betekent dat er geen chemische bindingen ontstaan ​​tussen de TMD en de onderliggende Ga ₂ O ₃ substraat, " merkt Aljarb op. "Deze unieke eigenschap stelt ons in staat om de nanoribbons over te brengen op vreemde substraten voor vele toepassingen, variërend van transistors, sensoren, kunstmatige spieren en atomair dunne fotovoltaïsche cellen."