Предложен легкий способ выращивания двумерных полупроводников
 Схематическое изображение процесса роста двумерных гетероструктур. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Двумерные материалы, такие как молибденит (MoS2) и тунгстенит (WS2), в последнее время привлекают интерес ученых из лабораторий по всему миру, поскольку их электронные и механические свойства разительно отличаются от трехмерных образцов того же химического состава. Это означает, что в перспективе они могут найти применение в различных новых устройствах, например, маломощных электронных схемах, дешевых гибких дисплеях, сенсорах и даже в гибкой электронике, которая может наноситься на разнообразные поверхности.
Наиболее известные двумерные материалы – графен (представляющий собой лист атомов углерода толщиной в один атом) и дихалькогениды переходных металлов. Это так называемые ванн-дер-ваальсовы структуры, имеющие химическую формулу MX2, где M представляет собой переходной металл (например, Mo или W), а X – является халькогеном (к примеру, S, Se и Te). Дополнительное преимущество дихалькогенидов переходных металлов заключается в том, что они являются непрямыми полупроводниками, если речь идет об объемной структуре, но переходят в полупроводники с прямой запрещенной зоной в случае монослоя. Эти монослои эффективно поглощают и излучают свет, т.е. могут использоваться для создания различных оптоэлектронных устройств, к примеру, фотоприемников и светоизлучающих диодов.
О двумерных полупроводниках известно довольно много, однако чтобы изучить весь потенциал этих структур, необходимо иметь возможность точно модулировать их химические, структурные и электронные свойства. Инструменты для такого моделирования как раз и предложила совместная группа ученых из University of California (США) и Hunan University in Changsha (Китай). По словам исследователей, сейчас им удалось вырастить двумерные гетероструктуры, состоящие из тунгстенита и селенида вольфрама (WS2 – WSe2), а также гетероструктуры молидбенита – диселенида молибдена (MoS2 – MoSe2). В ходе работы они также доказали, что эти гетероструктуры могут использоваться для создания серии функциональных устройств, в частности, p-n диодов, фотодиодов и различных преобразователей.
Процесс производства гетероструктур команда начала с химического осаждения из парообразного состояния – это процесс, в котором реагенты формируются путем выпаривания выбранного твердого материала. При этом состав реагентов может быть изменен путем перемещения в печи твердого компонента из наиболее горячей зоны в менее нагретую, и наоборот.
К примеру, для получения гетероструктуры (WS2 – WSe2) сначала выращивается пленка WS2 путем испарения твердого WS2 в центральной горячей зоне в аргоновой атмосфере. При осаждении материал формирует треугольные домены, по краям которых остаются свободные связи, работающие в качестве фронта активного роста. Это позволяет добавлять атомы, обеспечивая рост структуры в горизонтальном направлении. Меняя твердый WS2 в горячей зоне на WSe2 , не подвергая при этом созданную структуру воздействию окружающей среды, можно получить гетероструктуры (WS2 – WSe2). При этом оперативная коммутация химического источника имеет решающее значение для сохранения фронта активного роста на краях двумерной пленки.
Подробные результаты работы опубликованы в Nature Nanotechnology. По словам исследователей с помощью предложенного метода можно выращивать практически любой тип двумерных гетероструктур. Сейчас они заняты дальнейшим усовершенствованием их подхода, что позволит выращивать более сложные мульти-гетероструктуры.
Также по теме:
- Ученые обнаружили дихалькогенид со свойствами монослоя
- Гетероструктуры позволяют создать более совершенные солнечные батареи
- Монослои халькогенидов оптимальны для создания лазеров и светодиодов
- Ученые создали проводящий электронный газ на стыке изоляторов
- Итоги 2013 года в физике и нанотехнологиях
Источники: