p Uma técnica de fabricação simples e não destrutiva poderia auxiliar na fabricação de filmes bidimensionais (2-D) com maior eficiência energética, necessários para transformar a indústria eletrônica. p Atomicamente fino, Dichalcogenetos de metais de transição 2-D (TMDCs) como dissulfeto de tungstênio (WS ₂ ) exibem físico notável, propriedades eletrônicas e optoeletrônicas, como flexibilidade, transparência e características semicondutoras.

p Embora tenha havido um progresso significativo na fabricação de TMDCs 2-D, a natureza ultrafina de tais semicondutores 2-D impede o uso de técnicas como implantação de íons, com recozimento de ativação subsequente, para a introdução e retenção de dopantes em TMDCs de camada única ou de poucas camadas.

p Agora, Dongzhi Chi e colegas do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais e do Instituto de Computação de Alto Desempenho da A * STAR, em colaboração com pesquisadores da National University of Singapore, desenvolveram uma técnica inovadora que usa átomos de nitrogênio (N) altamente reativos para controlar dopantes em filmes de WS ₂ na escala atômica, e promete um método confiável para dopagem de TMDCs 2-D.

p "[A atual] incapacidade de dopar com eficácia os TMDCs 2-D impede o desenvolvimento de dispositivos com eficiência energética, como transistores de efeito de campo, usando tecnologias de fabricação atualmente empregadas na indústria de semicondutores, "diz Chi.

p TMDCs como WS ₂ são normalmente semicondutores do tipo n e atualmente não há métodos confiáveis ​​para fazer TMDCs atomicamente finos que são do tipo p. Isso é particularmente irritante, pois significa que os dispositivos TMDC 2-D, por necessidade, baseiam-se principalmente em CMOS-FETs tipo n - transistores de efeito de campo (FETs) fabricados usando tecnologias de semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS). A falta de uma maneira eficaz de fazer CMOS-FETs baseados em TMDC tipo p 2-D limita a criação de eletrônicos de próxima geração, dispositivos optoeletrônicos, e tecnologias de energia limpa.

p Então, os pesquisadores olharam para o nitrogênio atômico como diferente das técnicas atuais de dopagem, como implantação de íons ou implantação de plasma, pode produzir dopagem tipo p eficaz em CMOS-FETs 2-D baseados em TMDC sem causar danos estruturais perceptíveis.

p Para produzir N atômico, eles usaram um plasma para gerar N ionizado e atômico em uma cavidade de cerâmica e aplicaram um campo elétrico para reter os íons de nitrogênio, permitindo que os átomos de N reajam com uma amostra de WS ₂ aquecido a 300 graus C.

p A alta atividade química e baixa energia cinética do N introduziram modificações na estrutura na profundidade de mono ou poucas camadas no WS ₂ substituindo átomos de enxofre e formando ligações químicas W-N. Isso provou ser ideal para controlar os dopantes em escala atômica.

p "Ao contrário de outros métodos de dopagem para TMDCs - como quimissorção molecular, fisissorção e dopagem de plasma de nitrogênio - nosso método introduz nitrogênio em locais de substituição de enxofre, substituindo o enxofre por nitrogênio, sem causar danos às camadas TMDC, "diz Chi.

p "Nosso trabalho pode ajudar a acelerar o desenvolvimento de tecnologias eletrônicas e optoeletrônicas de próxima geração, como circuitos lógicos de energia ultrabaixo e sensores inteligentes, com base em TMDCs semicondutores 2-D, "diz Chi.