Fuerscher vum Moskauer Institut fir Physik an Technologie hunn et fäerdeg bruecht atomesch dënn Filmer vu Molybdändisulfid ze wuessen bis zu e puer Zénger Quadratmeter. Et gouf bewisen datt d'Struktur vum Material geännert ka ginn andeems d'Synthesetemperatur variéiert. D'Filmer, déi fir Elektronik an Optoelektronik wichteg sinn, goufe bei 900-1.000 ° Celsius kritt. D'Resultater goufen am Journal ACS Applied Nano Materials publizéiert.

Zweedimensional Materialien lackele bedeitend Interesse wéinst hiren eenzegaartegen Eegeschaften, déi aus hirer Struktur a Quantemechanesch Restriktiounen entstinn. D'Famill vun 2-D Materialien enthält Metaller, Hallefmetaller, Halbleiteren an Isolatoren. Graphene, wat vläicht dat bekanntst 2-D Material ass, ass eng Monoschicht vu Kuelestoffatomer. Et huet déi héchst Charge-Carrier Mobilitéit bis elo opgeholl. Wéi och ëmmer, Graphen huet kee Bandspalt ënner Standardbedéngungen, an dat limitéiert seng Uwendungen.

Am Géigesaz zu Graphen mécht déi optimal Breet vum Bandgap am Molybdändisulfid (MoS2) et gëeegent fir an elektroneschen Apparater ze benotzen. All MoS2 Schicht huet eng Sandwichstruktur, mat enger Schicht Molybdän, déi tëscht zwou Schichten vu Schwefelatome gepresst ass. Zweedimensional van der Waals Heterostrukturen, déi verschidde 2-D Materialien kombinéieren, weisen och grouss Verspriechen. Tatsächlech gi se scho wäit an Energieverwandten Uwendungen a Katalyse benotzt. Wafer-Skala (Groussfläch) Synthese vun 2-D Molybdän Disulfide weist d'Potenzial fir Duerchbroch Fortschrëtter bei der Schafung vun transparenten a flexibelen elektroneschen Apparater, optesch Kommunikatioun fir Computeren vun der nächster Generatioun, wéi och an anere Beräicher vun Elektronik an Optoelektronik.

"D'Method, déi mir erstallt hunn fir MoS2 ze synthetiséieren, beinhalt zwee Schrëtt. Als éischt gëtt e Film vu MoO3 mat der Atomschichtdepositiounstechnik ugebaut, déi präzis atomesch Schichtdicke ubitt an eng konform Beschichtung vun all Flächen erlaabt. A MoO3 kann einfach op Wafere vu bis zu 300 Millimeter Duerchmiesser kritt ginn. Als nächst gëtt de Film a Schwefeldamp mat Hëtzt behandelt. Als Resultat ginn d'Sauerstoffatome am MoO3 duerch Schwefelatome ersat, a MoS2 gëtt geformt. Mir hu scho geléiert atomesch dënn MoS2 Filmer op enger Fläch vu bis zu e puer Zénger Quadratzentimeter ze wuessen", erkläert den Andrey Markeev, de Chef vum MIPT Atomic Layer Deposition Lab.

D'Fuerscher hunn festgestallt datt d'Struktur vum Film vun der Schwefeltemperatur hänkt. D'Filmer, déi bei 500 ° sulfuréiert sinn, enthalen kristallin Käre, jee e puer Nanometer, an enger amorpher Matrix agebonnen. Bei 700 ° С sinn dës Kristalliten ongeféier 10-20 nm iwwer an d'S-Mo-S Schichten sinn senkrecht op d'Uewerfläch orientéiert. Als Resultat huet d'Uewerfläch vill dangling Bindungen. Esou Struktur weist héich katalytesch Aktivitéit a ville Reaktiounen, dorënner d'Waasserstoff Evolutiounsreaktioun. Fir MoS2 an der Elektronik ze benotzen, mussen d'S-Mo-S Schichten parallel zu der Uewerfläch sinn, wat bei Schwefeltemperaturen vun 900-1.000 ° С erreecht gëtt. Déi doraus resultéierend Filmer sinn esou dënn wéi 1,3 nm, oder zwee molekulare Schichten, an hunn eng kommerziell bedeitendst (dh grouss genuch) Beräich.

D'MoS2 Filmer, déi ënner optimal Bedéngungen synthetiséiert goufen, goufen a Metall-dielektresch-Halbleiter-Prototypstrukturen agefouert, déi op ferroelektrescht Hafniumoxid baséieren an e Feldeffekttransistor modelléieren. De MoS2 Film an dëse Strukturen huet als Hallefleitkanal gedéngt. Seng Konduktivitéit gouf kontrolléiert andeems d'Polariséierungsrichtung vun der ferroelektrescher Schicht ëmgewandelt gouf. Wann a Kontakt mat MoS2, gouf d'La:(HfO2-ZrO2) Material, dat virdru am MIPT Labo entwéckelt gouf, eng Reschtpolariséierung vun ongeféier 18 Mikrocoulombs pro Quadratzentimeter fonnt. Mat enger Schalterausdauer vu 5 Millioune Zyklen huet et de fréiere Weltrekord vun 100.000 Zyklen fir Siliziumkanäl iwwerholl.