doctoraat kandidaat Saravana Balaji Basuvalingam van TU/e ​​Faculteit Technische Natuurkunde heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld om te groeien, op een gecontroleerde en effectieve manier, een bibliotheek van zogenaamde "TMC-materialen" met verschillende eigenschappen bij lage temperaturen. Dit brengt de wereld een stap dichter bij het verder gaan dan op silicium gebaseerde halfgeleiderapparaten.

Naarmate de hoeveelheid gegevens die door de mensheid wordt geproduceerd exponentieel groeit, daarmee komt de vraag naar kleinere, snellere en goedkopere elektronische apparaten om deze gegevens te verwerken. Om aan deze vraag te voldoen, de halfgeleiderindustrie is continu op zoek naar manieren om apparaten onder de 3 nm te schalen. Deze schaal is een belangrijke barrière voor de industrie, omdat het in de buurt van de grenzen is van wat kan worden gedaan met silicium (Si), het meest gebruikte materiaal voor elektrische circuits. Onder die schaal, op silicium gebaseerde apparaten hebben vaak last van slechte prestaties.

Bepaalde 2D-materialen, waarvan grafeen misschien wel het bekendste voorbeeld is, bieden de belofte om dit schaalprobleem op te lossen. Kenmerkend voor deze materialen is dat elke laag atomen vrijstaand is op de laag atomen eronder, zonder enige bindingen die de lagen verbinden. De 2D-materialen die zijn geclassificeerd als overgangsmetaalchalcogeniden (TMC's) hebben aandacht gekregen vanwege hun uitstekende elektrische eigenschappen en dikte van minder dan 1 nm, waardoor apparaatprestaties vergelijkbaar zijn met Si-gebaseerde apparaten en een groot potentieel voor schaalbaarheid.

Echter, verschillende synthesebeperkingen beperken de implementatie van TMC's in de industrie op een kosteneffectieve manier. Het onderzoek van Basuvalingam was gericht op het oplossen van de meeste van deze technische beperkingen, zoals het kweken van de TMC's in een voldoende groot gebied, bij lage temperatuur en met goede materiële eigendomscontrole. Om dit te doen, hij gebruikte een dunne-filmbenadering die bekend staat als de atomic layer deposition (ALD)-methode. ALD is een van de prominente methoden om de reductie van apparaatafmetingen in de halfgeleiderindustrie te vergemakkelijken, en de methode was al bestudeerd voor TMC's die halfgeleidende eigenschappen vertonen.

Basuvalingam was de eerste die ALD bestudeerde om 2D TMC's te kweken met zowel halfgeleidende als metallische eigenschappen in een groot gebied bij lage temperaturen, en de eerste die controle kreeg over de TMC-materiaalsamenstelling met behulp van dunnefilmsynthese. Zijn aanpak maakte het ook mogelijk om TMC's te kweken in een wafer van 200 mm en om controle te krijgen over de materiaaleigenschappen tussen metaal en halfgeleidend.

Zijn werk breidt de bibliotheek met materialen uit die kunnen worden gekweekt met behulp van een dunne-filmmethode en helpt ons een stap dichter bij kleinere, meer kosteneffectieve elektronische apparaten gemaakt van 2D-materialen.