Os materiais bidimensionais têm uma série de propriedades exóticas porque têm apenas um átomo de espessura. Os pesquisadores do A * STAR desenvolveram agora um método para criar grandes áreas de material da espessura de um átomo para uso em dispositivos eletrônicos.

Grafeno, uma única camada de átomos de carbono organizados em um padrão semelhante a um favo de mel, é o exemplo mais famoso de um material bidimensional. É mais forte que o aço, tem excelentes propriedades elétricas, e poderia ser usado para fazer dispositivos bidimensionais que são muito menores do que os atualmente feitos de silício em massa ou de película fina. Contudo, não é um semicondutor. E então os cientistas estão se voltando para outros materiais que têm essa propriedade essencial para a criação de transistores.

Shijie Wang, do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais, e seus colaboradores demonstraram agora uma técnica para criar uma única camada atômica de dissulfeto de molibdênio - um semicondutor bidimensional.

O dissulfeto de molibdênio pertence a uma família de materiais chamados dichalcogenetos de metais de transição. Eles têm dois átomos de calcogeneto (como enxofre, selênio ou telúrio) para cada átomo de metal de transição (molibdênio e tungstênio são exemplos). Esses materiais e sua ampla gama de propriedades elétricas fornecem um excelente sistema de material de plataforma para eletrônicos versáteis. Mas é difícil criar material de alta qualidade em áreas grandes o suficiente para produção em escala industrial.

"Os métodos tradicionais de esfoliação mecânica para a obtenção de materiais bidimensionais têm utilidade limitada em aplicações comerciais, e todos os métodos químicos anteriores são incompatíveis para integração com a fabricação do dispositivo, "diz Wang." Nossa técnica é um processo de uma etapa que pode cultivar filmes monocamada de boa qualidade, ou algumas camadas de filmes de dissulfeto de molibdênio, em escala de wafer em vários substratos usando pulverização catódica de magnetron. "

A equipe disparou um feixe de íons de argônio em um alvo de molibdênio em uma câmara de vácuo. Este ejetou átomos de molibdênio da superfície, onde reagiu com um vapor de enxofre próximo. Esses átomos então se reuniram em um substrato aquecido de safira ou silício. A equipe descobriu que eles poderiam crescer em monocamada, bicamada, amostras de três camadas ou mais espessas, alterando a potência do feixe de íons de argônio ou o tempo de deposição.

Eles confirmaram a qualidade de seu material usando uma série de ferramentas de caracterização comuns, incluindo espectroscopia Raman, força atômica microscópica, Espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão. Os pesquisadores também demonstraram as excelentes propriedades elétricas de seus filmes de dissulfeto de molibdênio criando um transistor de trabalho (veja a imagem).

"Nossa próxima etapa neste trabalho se concentrará na aplicação desta técnica para sintetizar outros materiais bidimensionais e integrá-los com diferentes materiais para várias aplicações de dispositivos, "diz Wang.