Синтезированы плёнки 2D-полупроводника коммерческих размеров
Технологию выращивания в промышленных масштабах атомарных слоёв перспективного 2D-полупроводника, дисульфида молибдена (MoS2), разработали сотрудники лаборатории атомно-слоевого осаждения Московского физико-технического института (МФТИ). Возможность синтеза плёнок MoS2 площадью в несколько десятков квадратных сантиметров создаёт предпосылки для создания нового поколения тонких и гибких электронных устройств, оптических коммуникаций для будущих компьютеров и для прогресса во многих других областях электроники и оптоэлектроники.
Предложенный метод состоит из двух этапов. Сначала, на поверхности заготовки диаметром до 300 мм атомно-слоевым осаждением создаётся плёнка MoO3. Затем, путём нагрева в атмосфере серных паров, атомы кислорода в плёнке замещаются атомами серы.
В статье, вышедшей в ACS Applied Nano Materials, авторы показали, что структура получаемого 2D-материала зависит от температуры синтеза. Сульфуризация при 500 °C даёт аморфные плёнки с включениями кристаллических зёрен размером в несколько нанометров. При 700 °C зерна увеличиваются до 10-20 нм, причём чередующиеся атомные слои S-Mo-S ориентируются перпендикулярно плоскости плёнки. Из-за этого на поверхности возникает много свободных связей, и материал демонстрирует высокую каталитическую активность во ряде химических реакциях.
В диапазоне температур 900–1000 градусов Цельсия происходит синтез наиболее подходящих для использования в электронике плёнок толщиной 1,3 нанометра (два молекулярных слоя), в которых атомарные слои параллельны плоскости заготовки.
Полученные при этих оптимальных условиях плёнки были протестированы в составе прототипных структур металл-диэлектрик-полупроводник на базе оксида гафния, моделирующих полевой транзистор. Проводимость образованного MoS2 полупроводникового канала контролировалась переключением направления поляризации ферроэлектрического слоя. Испытания показали рекордную коммутационную стабильность такого канала, она достигала 5 млн циклов, в 50 раз превысив лучший результат, полученный для кремниевого канала.