Moskva Fizika-Texnika İnstitutunun tədqiqatçıları bir neçə on santimetr kvadrata qədər olan molibden disulfidin atomik nazik təbəqələrini yetişdirməyə nail olublar. Materialın strukturunun sintez temperaturunun dəyişdirilməsi ilə dəyişdirilə biləcəyi nümayiş etdirildi. Elektronika və optoelektronika üçün vacib olan filmlər 900-1000° Selsi temperaturunda əldə edilmişdir. Tapıntılar ACS Applied Nano Materials jurnalında dərc olunub.

İki ölçülü materiallar, strukturlarından və kvant mexaniki məhdudiyyətlərindən qaynaqlanan unikal xüsusiyyətlərinə görə böyük maraq doğurur. 2 ölçülü materiallar ailəsinə metallar, yarımmetallar, yarımkeçiricilər və izolyatorlar daxildir. Bəlkə də ən məşhur 2 ölçülü material olan qrafen, karbon atomlarının bir qatıdır. Bu günə qədər qeydə alınmış ən yüksək yük daşıyıcı mobilliyinə malikdir. Bununla belə, qrafenin standart şərtlərdə band boşluğu yoxdur və bu, onun tətbiqini məhdudlaşdırır.

Qrafendən fərqli olaraq, molibden disulfidindəki (MoS2) bant boşluğunun optimal eni onu elektron cihazlarda istifadə üçün əlverişli edir. Hər bir MoS2 təbəqəsi iki kükürd atomu təbəqəsi arasında sıxılmış molibden təbəqəsi olan sendviç quruluşuna malikdir. Müxtəlif 2-D materialları birləşdirən ikiölçülü van der Waals heterostrukturları da böyük ümidlər verir. Əslində, onlar artıq enerji ilə əlaqəli tətbiqlərdə və katalizdə geniş istifadə olunur. 2-D molibden disulfidin vafli miqyaslı (böyük sahəli) sintezi şəffaf və çevik elektron cihazların yaradılmasında, gələcək nəsil kompüterlər üçün optik rabitədə, eləcə də elektronikanın və optoelektronikanın digər sahələrində sıçrayışlı irəliləyişlər üçün potensialı göstərir.

“MoS2-ni sintez etmək üçün tapdığımız üsul iki addımı əhatə edir. Birincisi, dəqiq atom təbəqəsinin qalınlığını təklif edən və bütün səthlərin uyğun örtülməsinə imkan verən atom təbəqəsinin çökmə texnikasından istifadə edərək MoO3 filmi yetişdirilir. MoO3 isə diametri 300 millimetrə qədər olan vaflilərdə asanlıqla əldə edilə bilər. Sonra, film kükürd buxarında istiliklə müalicə olunur. Nəticədə MoO3-də oksigen atomları kükürd atomları ilə əvəz olunur və MoS2 əmələ gəlir. Biz artıq bir neçə on kvadrat santimetrə qədər ərazidə atomik nazik MoS2 filmlərini yetişdirməyi öyrənmişik”, - MIPT-nin Atom Layer Depoziti Laboratoriyasının rəhbəri Andrey Markeev izah edir.

Tədqiqatçılar müəyyən ediblər ki, filmin strukturu kükürdləşmə temperaturundan asılıdır. 500°С-də kükürdlü filmlər amorf matrisə daxil edilmiş hər biri bir neçə nanometr olan kristal dənələr ehtiva edir. 700°С-də bu kristalitlər təqribən 10-20 nm enində olur və S-Mo-S təbəqələri səthə perpendikulyar istiqamətləndirilir. Nəticədə, səthdə çoxlu sallanan bağlar var. Belə struktur bir çox reaksiyalarda, o cümlədən hidrogen təkamül reaksiyasında yüksək katalitik aktivlik nümayiş etdirir. MoS2-nin elektronikada istifadə edilməsi üçün S-Mo-S təbəqələri səthə paralel olmalıdır ki, bu da 900-1000°С kükürdləşmə temperaturunda əldə edilir. Yaranan filmlər 1,3 nm və ya iki molekulyar təbəqə qədər nazikdir və kommersiya baxımından əhəmiyyətli (yəni kifayət qədər böyük) sahəyə malikdir.

Optimal şəraitdə sintez edilmiş MoS2 filmləri ferroelektrik hafnium oksidinə əsaslanan və sahə effektli tranzistoru modelləşdirən metal-dielektrik-yarımkeçirici prototip strukturlara daxil edilmişdir. Bu strukturlardakı MoS2 filmi yarımkeçirici kanal kimi xidmət edirdi. Onun keçiriciliyi ferroelektrik təbəqənin qütbləşmə istiqamətini dəyişdirməklə idarə olunurdu. MoS2 ilə təmasda olduqda, əvvəllər MIPT laboratoriyasında hazırlanmış La:(HfO2-ZrO2) materialının hər kvadrat santimetr üçün təxminən 18 mikrokulon qalıq qütbləşməyə malik olduğu aşkar edilmişdir. 5 milyon dövrəlik keçid dözümlülüyü ilə o, silisium kanalları üçün əvvəlki 100.000 dövrlə dünya rekordunu üstələdi.