Remoção de defeitos de cristais semicondutores 2D:a captura de moléculas de oxigênio oferece maior controle
A estrutura do WS2 monocamada de cristal, incluindo moléculas de oxigênio (vermelho) adsorvidas em defeitos, encapsuladas em camadas de nitreto de boro hexagonal. Crédito:Ciência Avançada (2024). DOI:10.1002/advs.202310197 Um estudo de moléculas de oxigênio interagindo com camadas atomicamente finas de materiais que estão sendo desenvolvidos como novas gerações de semicondutores poderia melhorar significativamente o controle sobre a fabricação e aplicações desses materiais bidimensionais (2D).
O trabalho, realizado por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST), na Coreia do Sul, com colegas de outras partes da Coreia do Sul e do Japão, foi publicado na revista Advanced Science. .
A única camada de átomos ligados que compreende materiais 2D pode ter propriedades semicondutoras adequadas para fabricar componentes eletrônicos, incluindo transistores, em escalas muito menores do que geralmente é possível. Isto poderia levar a microeletrônica ao nível da nanoeletrônica, construindo circuitos minúsculos e mais eficientes, incluindo dispositivos flexíveis e células solares.
Alguns dos materiais 2D mais promissores são os dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), que possuem elementos dos grupos de metais de transição da tabela periódica combinados com o dobro de elementos calcogênicos, especialmente enxofre, selênio e telúrio. A equipa DGIST e os seus colegas trabalharam com cristais TMD monocamada de tungsténio e enxofre, com a fórmula WS2 .
Eles investigaram a tendência das moléculas de oxigênio de serem adsorvidas nos locais defeituosos dos cristais – vagas de enxofre onde falta um átomo de enxofre no WS2 sites de treliça. Eles exploraram as interações entre os defeitos e as moléculas de oxigênio com uma técnica chamada espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS).
Este utiliza um microscópio eletrônico para disparar elétrons através do material e, em seguida, analisa os padrões de perda de energia pelos elétrons para revelar informações estruturais cruciais. Os resultados do EELS foram combinados com insights de análises ópticas e cálculos teóricos.
Os pesquisadores prestaram atenção especial à capacidade das moléculas de oxigênio adsorvidas de se fixarem no lugar quando o WS2 os cristais foram encapsulados em monocamadas de outro material - nitreto de boro hexagonal (h-BN) - acima e abaixo do WS2 camada. h-BN é um ingrediente comum em dispositivos eletrônicos e fotônicos construídos usando TMDs 2D.
A fixação das moléculas de oxigênio nos locais dos defeitos altera e estabiliza o comportamento eletrônico dos TMDs em um processo chamado passivação. Isso afeta os cristais de maneiras sutis que influenciarão sua atividade em diversas aplicações.
"Nosso trabalho fornece uma nova visão sobre os fenômenos relacionados a defeitos em TMDs 2D, que podem desencadear abordagens revolucionárias para controlar os estados de defeito", diz o especialista em semicondutores e nanofotônica, Prof. Chang-Hee Cho, da equipe DGIST.
“Esperamos agora desenvolver novas abordagens e técnicas experimentais para controlar os estados de defeito dos TMDs 2D usando encapsulamento h-BN”, acrescenta Cho. "Isso nos permitirá avançar no método para estar pronto para desenvolvimento em grande escala e eventuais usos comerciais."
