(Phys.org) — Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé une nouvelle technique pour créer des films minces semi-conducteurs de haute qualité à l'échelle atomique, ce qui signifie que les films n'ont qu'un atome d'épaisseur. La technique peut être utilisée pour créer ces films minces à grande échelle, suffisant pour enrober des plaquettes de deux pouces de large, ou plus grand.

"Cela pourrait être utilisé pour réduire les technologies actuelles des semi-conducteurs à l'échelle atomique - lasers, diodes électroluminescentes (LED), puces informatiques, n'importe quoi, " dit le Dr Linyou Cao, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'État de Caroline du Nord et auteur principal d'un article sur le travail. « Les gens parlent de ce concept depuis longtemps, mais ce n'était pas possible. Avec cette découverte, Je pense que c'est possible."

Les chercheurs ont travaillé avec du sulfure de molybdène (MoS2), un matériau semi-conducteur peu coûteux avec des propriétés électroniques et optiques similaires aux matériaux déjà utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, Le MoS2 est différent des autres matériaux semi-conducteurs car il peut être « cultivé » en couches d'un seul atome d'épaisseur sans compromettre ses propriétés.

Dans la nouvelle technique, les chercheurs placent des poudres de soufre et de chlorure de molybdène dans un four et élèvent progressivement la température à 850 degrés Celsius, qui vaporise la poudre. Les deux substances réagissent à haute température pour former du MoS2. Toujours sous des températures élevées, la vapeur est ensuite déposée en couche mince sur le substrat.

« La clé de notre succès est le développement d'un nouveau mécanisme de croissance, une croissance autolimitée, ", explique Cao. Les chercheurs peuvent contrôler avec précision l'épaisseur de la couche de MoS2 en contrôlant la pression partielle et la pression de vapeur dans le four. La pression partielle est la tendance des atomes ou des molécules en suspension dans l'air à se condenser en un solide et à se déposer sur le substrat. La pression de vapeur est la tendance des atomes ou molécules solides sur le substrat à se vaporiser et à s'élever dans l'air.

Pour créer une seule couche de MoS2 sur le substrat, la pression partielle doit être supérieure à la pression de vapeur. Plus la pression partielle est élevée, plus les couches de MoS2 se déposeront au fond. Si la pression partielle est supérieure à la pression de vapeur d'une seule couche d'atomes sur le substrat, mais pas supérieure à la pression de vapeur de deux couches, l'équilibre entre la pression partielle et la pression de vapeur peut garantir que la croissance du film mince s'arrête automatiquement une fois la monocouche formée. Cao appelle cette croissance "autolimitée".

La pression partielle est contrôlée en ajustant la quantité de chlorure de molybdène dans le four - plus il y a de molybdène dans le four, plus la pression partielle est élevée.

« En utilisant cette technique, nous pouvons créer des films minces monocouches MoS2 à l'échelle d'une plaquette, un atome d'épaisseur, à chaque fois, " dit Cao. "Nous pouvons également produire des couches qui sont deux, trois ou quatre atomes d'épaisseur."

L'équipe de Cao essaie maintenant de trouver des moyens de créer des films minces similaires dans lesquels chaque couche atomique est constituée d'un matériau différent. Cao travaille également à créer des transistors à effet de champ et des LED en utilisant cette technique. Cao a déposé un brevet sur la nouvelle technique.

Le papier, "Synthèse évolutive contrôlée de l'uniforme, Films MoS2 monocouche et peu de couches de haute qualité, " a été publié en ligne le 21 mai dans Rapports scientifiques , une revue du Nature Publishing Group.