2D-materiaalia tulevaisuuden elektroniikalle

Sitten grafeenin löydön jälkeen tiedemiehet ovat kehitelleet monenlaisia kaksiulotteisia materiaaleja.

Korkealaatuisten, kiteisten 2D-materiaalien kasvattaminen on kuitenkin osoittautunut merkittäväksi haasteeksi.

Kaksi Penn State yliopistossa julkaistua tutkimustyötä tarjoavat nyt perustaa tuottaa kiekkotasoisia kaksiulotteisia kiteitä ja niistä elektronisia piirejä teollisessa mittakaavassa.

Professori Joan Redwingin johtamassa työssä tutkijat kehittivät prosessin volframi-diseleenin yksittäiskiteiden atomisesti ohuiden kalvojen valmistamiseksi suurialaiselle safiirisubstraateille.

"Tähän saakka suurin osa 2D-rakenteista on valmistettu pienillä hiutaleilla, jotka on kuorittu bulkkikiteestä", toteaa Redwing.

Kehitetty prosessi käyttää safiirialustaa, jonka kidekuvio orientoi kalvon kasvua kemiallisessa höyrystysprosessissa. Sen ja lämmityksen avulla saadaan yhtenäisellä kuvioinnilla muodostuva suurialainen ja laadukas kaksiulotteisen materiaalin kalvo.

Aiheeseen liittyvässä toisessa tutkimustyössä, professori Joshua Robinson, luo perustietämystä tuottaa teollisesti synteettisiä 2D-puolijohteita näistä suurikokoisista kalvoista.

"Tämän työn ensisijainen merkitys on ollut ymmärtää ulkoiset tekijät, joiden avulla voidaan saada laadukasta 2D-materiaalia", toteaa Robinson. Tutkijat havaitsivat, että kasvatukseen liittyy myös muita tekijöitä, jotka vaikuttavat kykyyn saada hyvä elektronien liikkuvuus tai nopeat transistorit.

Havaittiin, että safiirisubstraatin ja yksikerroksisen kalvon välillä on vahva vuorovaikutus, jolloin substraatti dominoi ominaisuuksia. Näiden haasteiden voittamiseksi tutkijat kasvattivat kaksi tai kolme kerrosta, jotka paransivat suorituskykyä 20-100 -kertaisesti.

"Tämä on ensimmäinen todellinen todiste substraatin vaikutuksesta 2D-kerrosten kuljetusominaisuuksiin", toteaa Robinson yliopistonsa tiedotteessa.