À medida que a tecnologia de semicondutores à base de silício está se aproximando do limite de seu desempenho, novos materiais que podem substituir ou substituir parcialmente o silício na tecnologia são altamente desejados. Recentemente, o surgimento de grafeno e outros materiais bidimensionais (2D) oferece uma nova plataforma para a construção de tecnologia de semicondutores de próxima geração. Entre eles, os dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), como MoS₂ , WS₂ , MoSe₂ , WSe₂ , são os semicondutores 2D mais atraentes.
Um pré-requisito para a construção de circuitos semicondutores de alto desempenho em escala ultralarga é que os materiais de base devem ser um único cristal de escala de wafer, assim como o wafer de silício usado hoje. Embora grandes esforços tenham sido dedicados ao crescimento de monocristais de TMDs em escala de wafer, o sucesso foi muito limitado até agora.

O distinto professor Feng Ding e sua equipe de pesquisa do Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono (CMCM), dentro do Instituto de Ciências Básicas (IBS) da UNIST, em cooperação com pesquisadores da Universidade de Pequim (PKU), Instituto de Tecnologia de Pequim e Universidade Fudan, relatou o crescimento direto do WS de cristal único de 2 polegadas₂ filmes de monocamada muito recentemente. Além do WS₂ , a equipe de pesquisa também demonstrou o crescimento do MoS de cristal único₂ , WSe₂ , e MoSe₂ em escala de wafer também.

A tecnologia chave para crescer epitaxialmente um cristal singelo grande é garantir que todos os cristais monocristais pequenos cultivados em um substrato sejam alinhados uniformemente. Como os TMDs têm estrutura não centrossimétrica ou a imagem espelhada de um TMD em relação a uma borda dele tem alinhamento oposto, devemos quebrar essa simetria projetando cuidadosamente o substrato. Com base em cálculos teóricos, os autores propuseram um mecanismo de "crescimento de epitaxia guiado por duplo acoplamento " para design experimental. O WS₂ -safira interação plana como a primeira força motriz, levando a duas orientações antiparalelas preferidas do WS₂ ilhas. O acoplamento entre WS₂ e o degrau de safira é a segunda força motriz e quebrará a degeneração das duas orientações antiparalelas. Em seguida, todos os monocristais de TMD crescidos em um substrato com bordas escalonadas são todos alinhados unidirecionalmente e, finalmente, a coalescência desses pequenos monocristais leva a um grande monocristal do mesmo tamanho do substrato.

"Este novo mecanismo de crescimento de epitaxia de duplo acoplamento é novo para o crescimento de materiais controláveis. Em princípio, permite-nos realizar o crescimento de todos os materiais 2D em cristais únicos de grande área se o substrato adequado for encontrado." Diz o Dr. Ting Cheng, o co-primeiro autor do estudo. "Nós consideramos como escolher os substratos adequados teoricamente. Primeiro, o substrato deve ter uma baixa simetria e, em segundo lugar, mais bordas escalonadas são preferidas." enfatiza o professor Feng Ding, autor correspondente do estudo.

"Este é um grande passo à frente na área de dispositivos baseados em materiais 2D. Como o crescimento bem-sucedido de TMDs 2D de cristal único em escala de wafer em isoladores além de grafeno e hBN em substratos de metais de transição, nosso estudo fornece a chave necessária de semicondutores 2D em aplicações de ponta de dispositivos eletrônicos e ópticos", explica o professor Feng Ding.

A pesquisa foi publicada em Nature Nanotechnology . + Explorar mais

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