Il est maintenant possible de faire pousser des feuilles ultrafines de grande surface de bisulfure de molybdène, un matériau bidimensionnel (2D) prometteur de la prochaine génération de dispositifs électroniques et optoélectroniques, grâce à une nouvelle version d'une méthode standard développée par les scientifiques d'A*STAR.

bisulfure de molybdène, fait partie d'une famille de dichalcogénures de métaux de transition semi-conducteurs (TMDC), a attiré une attention considérable en tant que matériau 2D, grâce à ses propriétés électroniques et optoélectroniques remarquables. Mais la préparation de couches minces atomiquement de grande surface de TMDC est notoirement difficile, avec des méthodes de croissance conventionnelles telles que l'exfoliation mécanique et le dépôt physique en phase vapeur, produisant des films monocouches de quelques micromètres seulement.

Pour surmonter la limitation d'un matériau aussi utile, Dongzhi Chi et Hongfei Liu de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR ont cherché un moyen de modifier une technique de fabrication standard, pour cultiver de haute qualité, nanofeuillets de bisulfure de molybdène monocouche de taille millimétrique.

"Le mécanisme de croissance des films 2D n'est pas encore entièrement compris et constitue un obstacle majeur à leur adoption à grande échelle dans les applications électroniques, " dit Chi. " La culture de matériaux 2D à grande surface permet la fabrication à grande échelle de circuits intégrés à l'aide de méthodes de traitement de semi-conducteurs classiques. "

En modifiant le dépôt chimique en phase vapeur - un outil de fabrication utilisé dans tout, des lunettes de soleil aux sacs de croustilles et fondamental pour la production de la plupart des appareils électroniques d'aujourd'hui - ils ont pu faire croître des nanofeuilles de bisulfure de molybdène monocouche de granulométrie considérablement augmentée.

"De plus petites tailles de grains entraînent des défauts structurels, de sorte que les appareils fabriqués avec de tels matériaux fonctionnent mal, " explique Chi. " TMDC 2D de plus grande taille de grain, cependant, minimiser ces défauts et conduire à des performances améliorées."

Dans une chambre de réaction sous pression, du trioxyde de molybdène en poudre et du soufre ont été vaporisés. Pour créer des tailles de grains plus grandes, les chercheurs ont augmenté la température de la chambre de réaction et utilisé un masque d'ombre en silicium ou en quartz, maintenu sur un substrat de saphir, fournir indirectement le trioxyde de molybdène et les vapeurs de soufre au front de croissance du disulfure de molybdène avançant sur le substrat.

Des ondulations ont été introduites dans les nanofeuillets monocouches de bisulfure de molybdène en les illuminant avec un laser. Ces structures d'ondulation devraient avoir un effet significatif sur l'électronique, mécanique, et les propriétés de transport du disulfure de molybdène monocouche.

Pour comparer les nanofeuillets de bisulfure de molybdène monocouche et leurs structures d'ondulation induites par laser, les chercheurs ont utilisé plusieurs outils de caractérisation, y compris la diffusion Raman et la spectroscopie de photoluminescence ainsi que la microscopie à force atomique.

"L'étude de ces matériaux peut conduire à la découverte d'une nouvelle physique et également aider à la fabrication de dispositifs électroniques et optoélectroniques dotés de nouvelles fonctions et de performances améliorées, " dit Chi.