À medida que os eletrônicos ficam menores, os pesquisadores estão procurando por componentes minúsculos que funcionem de forma confiável em configurações cada vez mais estreitas. Elementos promissores incluem os compostos químicos seleneto de índio (InSe) e seleneto de gálio (GaSe). Na forma de camadas ultrafinas, eles formam semicondutores bidimensionais (2-D). Mas, até aqui, dificilmente têm sido usados ​​porque se degradam ao entrar em contato com o ar durante a fabricação. Agora, uma nova técnica permite que o material sensível seja integrado em componentes eletrônicos sem perder as propriedades desejadas. O método, que foi descrito no jornal Materiais e interfaces aplicados ACS , foi desenvolvido por Himani Arora, candidato ao doutorado em física no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

"Conseguimos fazer transistores encapsulados com base em seleneto de índio e seleneto de gálio, "relata o Dr. Artur Erbe, chefe do grupo Transporte em nanoestruturas do Instituto de Física e Pesquisa de Materiais de Feixe Iônico do HZDR. "A técnica de encapsulamento protege as camadas sensíveis de impactos externos e preserva seu desempenho."

Para encapsulamento, os cientistas usam nitreto de boro hexagonal (hBN). É ideal para o efeito porque pode ser formado em uma camada fina e também é inerte, portanto, não responde ao seu ambiente.

Seleneto de índio e gálio são vistos como candidatos promissores para várias aplicações em áreas como eletrônica de alta frequência, optoeletrônica e tecnologia de sensores. Esses materiais podem ser feitos em filmes semelhantes a flocos com apenas cinco a 10 camadas atômicas de espessura, que pode ser usado para produzir componentes eletrônicos de dimensões extremamente pequenas.

Durante o encapsulamento, os flocos 2-D são dispostos entre duas camadas de nitreto de boro hexagonal e, portanto, completamente encerrados. A camada superior de hBN é responsável pelo isolamento externo, o inferior para manter a distância ao substrato. A técnica foi desenvolvida originalmente pelo grupo de James Hone na Columbia University em Nova York, onde Himani Arora a aprendeu durante uma visita de pesquisa. O aluno de doutorado posteriormente continuou a trabalhar no tópico na NanoNet da International Helmholtz Research School (IHRS) do HZDR.

Aplicação de contatos sem litografia

Um dos desafios particularmente grandes apresentados pela técnica de encapsulamento era aplicar contatos externos aos semicondutores. O método usual de deposição por evaporação usando uma fotomáscara não é adequado, porque durante este processo, os materiais sensíveis entram em contato com produtos químicos e com o ar e, portanto, se degradam. Assim, os pesquisadores do HZDR empregaram uma técnica de contato livre de litografia envolvendo eletrodos de metal feitos de paládio e ouro embutidos em folha de hBN. Isso significa que o encapsulamento e o contato elétrico com a camada 2-D por baixo podem ser alcançados simultaneamente.

“Para produzir os contatos, o padrão de eletrodo desejado é gravado na camada de hBN para que os buracos criados possam ser preenchidos com paládio e ouro por meio de evaporação de feixe de elétrons, "Himani Arora explica." Então você lamina a folha de hBN com os eletrodos no floco 2-D. "Quando há vários contatos em um wafer de hBN, o contato com vários circuitos pode ser feito e medido. Para aplicação posterior, os componentes serão empilhados em camadas.

Como os experimentos mostraram, O encapsulamento completo com nitreto de boro hexagonal protege as camadas 2-D da decomposição e degradação e garante qualidade e estabilidade a longo prazo. A técnica de encapsulamento desenvolvida na HZDR é robusta e fácil de aplicar a outros materiais 2-D complexos. Isso abre novos caminhos para estudos fundamentais, bem como para a integração desses materiais em aplicações tecnológicas. Os novos semicondutores bidimensionais são baratos de produzir e podem ser usados ​​para várias aplicações, como detectores que medem comprimentos de onda de luz. Outro exemplo de uso seria como acoplador entre luz e corrente eletrônica, gerando luz ou chaveando transistores usando luz.