Em 2004, o público conheceu o grafeno pela primeira vez - um material notavelmente fino, flexível e eletricamente condutor, possuindo uma resistência considerável. No entanto, aproveitar o potencial do grafeno como componente apresentou inúmeros desafios.



Por exemplo, a criação de transistores baseados em eletrodos requer o depósito de filmes dielétricos extremamente finos. Lamentavelmente, este processo levou a uma redução nas propriedades elétricas do grafeno e causou defeitos durante a implementação.

Uma equipe de pesquisa composta por co-pesquisadores, incluindo o Professor Jihwan An do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), o Dr. Jeong Woo Shin do Departamento de Engenharia Mecânica da NTU Cingapura e Geonwoo Park do Departamento do MSDE na SEOULTECH empregou uma nova abordagem chamada deposição de camada atômica assistida por UV (UV-ALD) para tratar eletrodo de grafeno.

Esta técnica pioneira resultou na produção bem-sucedida de interface dielétrica de grafeno de alto desempenho. Suas descobertas foram apresentadas em Advanced Electronic Materials .

A equipe de pesquisa tornou-se a primeira a aplicar UV-ALD à deposição de filmes dielétricos na superfície do grafeno, que é um material 2D. A deposição de camada atômica (ALD) envolve a adição de camadas ultrafinas em escala atômica a um substrato, e sua importância cresceu consideravelmente à medida que os componentes semicondutores diminuíram de tamanho. UV-ALD, que combina luz ultravioleta com o processo de deposição, permite maior colocação de filme dielétrico do que ALD tradicional. No entanto, ninguém explorou a aplicação de UV-ALD para materiais 2D como o grafeno.

A equipe de pesquisa empregou luz UV com faixa de baixa energia (abaixo de 10 eV) para depositar filmes dielétricos de camada atômica na superfície do grafeno, ativando efetivamente a superfície do grafeno sem comprometer suas propriedades inerentes. Esta ativação foi alcançada sob condições específicas (dentro de 5 segundos por ciclo durante o processo ALD), demonstrando a possibilidade de depositar filmes dielétricos de camada atômica de alta densidade e alta pureza em baixas temperaturas (abaixo de 100 ℃).

Além disso, quando os transistores de efeito de campo de grafeno foram fabricados usando o processo UV-ALD, as propriedades elétricas excepcionais do grafeno permaneceram intactas. O resultado foi um aumento de três vezes na mobilidade de carga e uma redução significativa na tensão de Dirac devido à redução de defeitos na superfície do grafeno.

O professor Jihwan An, que liderou a pesquisa, explicou:"Através do UV-ALD, alcançamos uma interface dielétrica de grafeno de alto desempenho." Ele acrescentou ainda:"Nosso estudo resultou na deposição uniforme da camada atômica sem comprometer as propriedades deste material 2D. Espero que este desenvolvimento abra caminho para os semicondutores e dispositivos de energia da próxima geração."

Mais informações: Geonwoo Park et al, Interface dielétrica de grafeno de alto desempenho por deposição de camada atômica assistida por UV para transistor de efeito de campo de grafeno, Materiais eletrônicos avançados (2023). DOI:10.1002/aelm.202300074
Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang