Двумерные (2D) полупроводники — это тонкие материалы (толщиной в один атом) с выгодными электронными свойствами. Они показали себя перспективными для разработки более тонкой и высокопроизводительной электроники, такой как фитнес-трекеры и портативные устройства.
Молибденит (MoS₂) — двумерный полупроводник, который привлёк особое внимание в сообществе разработчиков электроники. Это дихалькогенид переходного металла, состоящий из одного атома металла и двух атомов халькогена. Чтобы создавать надёжную электронику больших площадей на основе слоёв MoS₂, инженерам необходимо равномерно выращивать этот материал на поверхностях пластин, минимизируя дефекты, которые ухудшают работу устройств.
Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS), Похангского университета науки и технологий (POSTECH) и других институтов недавно представили новый подход к выращиванию однослойного MoS₂ на подложках при сохранении однородного атомного расположения. Их подход, [описанный в статье в журнале Nature Electronics], предполагает более строгий контроль процесса слияния небольших кристаллических областей на подложке, также известного как слияние.
«Монослои дихалькогенидов переходных металлов, таких как дисульфид молибдена, являются потенциальной платформой для двумерного переноса носителей», — написали Гунхо Мун, Сок-Хо Ли и их коллеги.
Однако, хотя монокристаллические монослойные каналы были выращены в масштабе пластины с использованием однонаправленной эпитаксии слияния, достижение согласованного двумерного транспорта в аналогичных масштабах остаётся сложной задачей. Это связано в основном с наличием остаточных кристаллических дефектов, таких как одномерные протяжённые и точечные дефекты, которые возникают при слиянии нескольких зёрен.
Исследователи поставили перед собой задачу разработать подход, который позволил бы получать однослойные 2D полупроводники с меньшим количеством дефектов, что, в свою очередь, обеспечило бы более надёжную работу. Их предложенная стратегия сочетает широко используемый метод, известный как эпитаксиальный рост, с тщательным контролем кинетики слияния.
Чтобы оценить потенциал своей предложенной стратегии роста двумерных полупроводников, исследователи использовали её для выращивания больших и монокристаллических монослоёв MoS₂ на сапфировых подложках. Контролируя слияние кристаллических зёрен на подложках, они смогли значительно минимизировать дефекты.
Чтобы оценить характеристики образцов материала, созданных с использованием их подхода, исследовательская группа оценила их электрическое поведение при низких температурах. Они специально оценили квантовый транспорт, который играет центральную роль в функционировании многочисленных устройств.
Авторы написали: «Мы сообщаем об эпитаксиальном росте монокристаллического MoS₂ в масштабе пластины, в котором дефекты минимизированы за счёт контроля кинетики слияния на вицинальных сапфировых подложках. Полученные каналы демонстрируют согласованный транспорт, проявляющийся в виде слабой локализации и возникновения квантовых эффектов Холла при низкой температуре, а также подвижности Холла 1200 см² В−1 с−1».
Используя предложенный ими подход, исследователи смогли создать согласованные каналы на основе монокристаллического MoS₂. Затем они использовали эти каналы для разработки массивов полевых транзисторов (FET), компонентов, которые контролируют поток электрического тока через электронные устройства.
FET, созданные командой, показали среднюю подвижность около 100 см² В−1 с−1 и отличный минимальный подпороговый размах около 65 мВ дек−1 при комнатной температуре. Эти результаты подчёркивают потенциал контролируемой стратегии эпитаксиального роста команды для последовательного создания однородных монокристаллических полупроводников MoS₂.
В будущем эта работа может способствовать надёжному крупномасштабному производству различной маломощной и высокоплотной электроники на основе двумерных полупроводников.
© 2025 Science X Network
[Больше материалов из раздела [Atomic and Condensed Matter](https://www.physicsforums.com/forums/atomic-and-condensed-matter.64/)]