Новости химической науки > Химики получили полупроводник слоем в три атома

Получение тонких плёнок из полупроводниковых материалов похоже на рост кристаллов льда на зимних окнах – при подходящих условиях полупроводник растет, образуя плоские кристаллы, которые медленно сливаются друг с другом, формируя непрерывную плёнку.

Такой процесс получения тонких слоев уже хорошо зарекомендовал себя для традиционных полупроводников, таких как кремний или арсенид галлия – основы современной микроэлектроники, однако исследователи из Корнеллского университета поставили новый рекорд в толщине полупроводникового слоя. Исследователи продемонстрировали способ получения нового типа полупроводниковой пленки, сохраняющей свои электронные свойства, несмотря на то, что толщина ее составляет всего несколько атомов.

Рисунок из Nature, 2015; 520 (7549): 656

Трёхатомная плёнка из дисульфида молибдена была получена в лаборатории Цзивуна Парка (Jiwoong Park). Парк заявляет, что электронные свойства новых материалов сравнимы со свойствами монокристаллов дисульфида молибдена, но вместо крошечного кристалла исследователями получена пленка шириной примерно в 10 см.

Дисульфид молибдена в последнее время привлекает исследователей благодаря своим интересным электрическим свойствам, однако до недавнего времени кристаллы дисульфида молибдена росли только отдельными островками. Очевидно, что получение ровных плоских ультратонких листов этого материала является желаемой целью, достижение которой может стать основой для дизайна новых электронных устройств.

Исследователям удалось превратить «архипелаг» дисульфида молибдена в «континент» с помощью методики, получившей название «химическое осаждение паров металлоорганических соединений» [metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)]. Уже применяющаяся в промышленности, хотя и не для дисульфида молибдена, методика основана на том, что порошкообразный субстрат испаряют, и осаждают атомы или молекулы на подложку слой за слоем.

Исследователи из группы Парка систематически оптимизировали методику получения пленок, изменяя различные условия – температуру и скорость подачи паров. Было обнаружено, что кристаллы растут, объединяясь и формируя пленку, но только в полностью сухой атмосфере и в полностью сухих условиях. Полученные пленки были охарактеризованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии и других методов.

Исследователи из группы Парка также продемонстрировали эффективность предложенной ими методики, чередуя слои дисульфида молибдена и диоксида кремния (последний наносили с помощью обычного метода фотолитографии). Эксперименты показали, что эти слои толщиной в три атома могут быть получены и для многоуровневых электронных устройств исключительно малой толщины.

Исследователи предполагают, что метод MOCVD может применяться для получения различных тонких пленок – достаточно только изменить прекурсор и условия нанесения, что и было продемонстрировано ими же на примере получения пленок дисульфида вольфрама (эти пленки отличались от пленок из MoS₂ цветом и электронными свойствами). Эти обстоятельства дают надежду на получение пленок атомной толщины с различными свойствами, из которых можно будет получать самые разнообразные устройства. Парк говорит, что две полученные плёнки – лишь первый элемент в палитре материалов, которые он хочет получить.

Источник: Nature, 2015; 520 (7549): 656 DOI: 10.1038/nature14417

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #электрохимия