納米科學:可擴展的二維材料推動了未來的電子產品!

2020-12-05 百家號

納米科學：可擴展的二維材料推動了未來的電子產品！

自從發現石墨烯的顯著特性以來，科學家們越來越多地將研究重點放在許多其他可能的二維材料上，包括在自然界中發現的和在實驗室中炮製的材料。然而，大規模生長高質量的結晶2-D材料已被證明是一項重大挑戰。

本月在兩篇納米技術期刊上發表的一篇論文為未來電子設備的晶圓級二維晶體的發展奠定了基礎。在由美國國家科學基金會贊助的二維晶體聯盟 - 材料創新平臺主任，以及賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程與電氣工程教授Joan Redwing領導的研究中，研究人員開發了一種製備單晶原子薄膜的多步工藝在大面積藍寶石襯底上的二硒化鎢。

「到目前為止，大多數二維設備都是使用從大塊晶體上剝落的小片製成的，」Redwing說。「要開發適用於設備的技術，您必須能夠在大面積基板上製造器件，並且必須具有良好的晶體質量。」

由於其晶體結構，該工藝使用藍寶石作為基板。該結構在稱為外延的過程中以晶體圖案定向膜生長。當在襯底上形成材料的小島並且襯底被加熱時，島以均勻的圖案在襯底上展開，形成沒有間隙且缺陷很少的大面積膜。關鍵的進步是使用氣源化學氣相沉積來精確控制島密度和擴散速率，以實現單層2-D材料。

他們在納米快報雜誌上發表了他們的著作「藍寶石上大面積聚結WSe2單分子膜的擴散控制外延」。

在相關論文「實現大規模電子級二維半導體」中，在線發表在ACS Nano雜誌上，由賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程副教授Joshua Robinson領導的團隊提供了基礎理解。在未來的工業規模電子產品中實現基於這些外延大面積薄膜的器件就緒合成2-D半導體。

羅賓遜說：「這項工作的主要意義在於我們能夠了解到擁有高質量二維材料的外在因素。」 「我們發現，即使你在表面上生長取向晶體，還有其他因素會影響獲得高電子遷移率或快速電晶體的能力。」

特別是，他們發現藍寶石襯底和單層薄膜之間存在強烈的相互作用，襯底主導了這些特性。為了克服這些挑戰，研究人員增加了兩到三層，其性能提高了20-100倍。

「這是基質對二維層傳輸特性影響的第一個真實證據，」羅賓遜說。

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