La creación de materiales bidimensionales lo suficientemente grandes para usar en electrónica es un desafío a pesar de un gran esfuerzo, pero ahora, los investigadores de Penn State han descubierto un método para mejorar la calidad de una clase de materiales 2D, con potencial para lograr un crecimiento a escala de obleas en elfuturo.
El campo de los materiales 2D con propiedades inusuales se ha disparado en los 15 años desde que Konstantin Novoselov y Andre Geim extrajeron una sola capa atómica de átomos de carbono del grafeno a granel usando una cinta adhesiva simple. Aunque se ha realizado una gran cantidad de ciencia sobre estospequeños fragmentos de grafeno, las capas de tamaño industrial son difíciles de cultivar.
De los materiales previstos para la electrónica de próxima generación, un grupo de semiconductores llamados dicalcogenuros de metales de transición están a la vanguardia. Los TMD tienen solo unos pocos átomos de espesor pero son muy eficientes en la emisión de luz, lo que los convierte en candidatos para la optoelectrónica como la luz-diodos emisores, fotodetectores o emisores de un solo fotón.
"Nuestro objetivo final es hacer películas monocapa de láminas de disulfuro de molibdeno o diseleniuro de tungsteno, y depositarlas mediante deposición de vapor químico de tal manera que obtengamos una capa monocristalina perfecta sobre una oblea completa", dijo Joan Redwing, profesorade ciencia de materiales y electrónica, y director del 2D Crystal Consortium de Penn State, una plataforma de innovación de materiales de la Fundación Nacional de Ciencias.
El problema proviene de la forma en que los átomos se organizan cuando se depositan en un sustrato estándar, como el zafiro. Debido a la estructura cristalina de los TMD, forman triángulos a medida que comienzan a extenderse por el sustrato. Los triángulos se pueden orientar endirecciones opuestas, con igual probabilidad. Cuando chocan y se fusionan entre sí para formar una hoja continua, el límite que forman es como un gran defecto que reduce drásticamente las propiedades electrónicas y ópticas del cristal.
"Cuando los portadores de carga, como electrones o huecos, encuentran este defecto, llamado límite de dominio de inversión, pueden dispersarse", dijo Redwing. "Este ha sido un problema clásico con el crecimiento de TMD".
En publicaciones recientes en las revistasACS Nano y Revisión física B, los investigadores de los Departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Física, Química y Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State muestran que si los TMD se cultivan en una superficie de nitruro de boro hexagonal, el 85 por ciento o más apuntará en la misma dirección. VinCrespi, distinguido profesor de física, ciencia e ingeniería de materiales y química, y su grupo realizaron simulaciones para explicar por qué sucedió esto y descubrieron que las vacantes en la superficie hexagonal de nitruro de boro, donde faltaba un átomo de boro o nitrógeno, podrían atrapar un átomo de metal.-- tungsteno o molibdeno -- y sirven para orientar los triángulos en una dirección preferida. El material mejorado mostró una mayor emisión de fotoluminiscencia y un orden de magnitud de mayor movilidad de electrones en comparación con los TMD 2D cultivados en zafiro.
"Nuestro siguiente paso es desarrollar un proceso para hacer crecer nitruro de boro hexagonal en una escala de oblea", dijo Redwing. "En eso estamos trabajando ahora. Es difícil controlar los defectos y hacer crecer una sola capa de cristal en una gransuperficie. Muchos grupos están trabajando en esto."
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Estado de Pensilvania. Original escrito por Walt Mills. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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