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La demande de miniaturisation de l'électronique, comme les smartphones, les appareils portables et les appareils de l'Internet des objets, continue de croître, mais l'industrie atteint maintenant la limite de mise à l'échelle pour les matériaux traditionnels en silicium. Les matériaux bidimensionnels (2-D) ont suscité un grand intérêt ces dernières années en raison de leurs propriétés électriques et mécaniques uniques, aux côtés de dimensions atomiquement minces.
Alors que le graphène a été le premier matériau 2D à être étudié en détail, l'accent est désormais également mis sur d'autres matériaux 2D aux propriétés diverses et aux nouvelles applications. Parmi ceux-ci, bisulfure de molybdène monocouche (MoS 2 ), un matériau semi-conducteur 2-D, suscite beaucoup d'intérêt en raison de ses propriétés électroniques et optiques technologiquement exploitables qui pourraient ouvrir la voie à la prochaine génération de dispositifs électroniques et optoélectroniques.
Afin de commercialiser des appareils électroniques en matériaux 2D, l'industrie est confrontée au défi d'effectuer des contrôles de qualité sans détruire ou endommager le matériel. Comme une seule couche d'un matériau 2-D n'a qu'un seul atome ou molécule d'épaisseur, l'évaluation de leur qualité n'a jusqu'à présent été possible qu'en utilisant des techniques destructives. Les défauts devraient avoir un impact critique sur les performances de MoS 2 -appareils électroniques basés, la capacité d'enquêter et de quantifier le nombre de défauts sans causer de dommages est donc cruciale pour permettre la fabrication à grande échelle du matériau, fabrication de dispositifs et fonctionnalisation des matériaux.
Instruments d'Oxford, un fournisseur leader de systèmes et d'outils de haute technologie pour l'industrie et la recherche, a cherché à développer un nouveau système et processus de dépôt qui pourraient produire du MoS 2 d'une manière plus industriellement évolutive pour aider à poursuivre la commercialisation de MoS 2 . L'équipe de chercheurs avait besoin d'une démarche de contrôle qualité adaptée, et s'est tourné vers les recherches du National Graphene Metrology Center (NGMC), un leader mondial de la caractérisation et de la mesure avancée des matériaux 2D, au NPL.
"Nous étudiions l'utilisation de la spectroscopie Raman pour caractériser MoS 2 et a constaté qu'il s'agit d'une technique viable à haut débit et non destructive pour quantifier les défauts dans ce matériau 2D passionnant, " rappelle le Dr Andrew Pollard, Chercheur Sénior au NPL. "Il est important pour cette étude que nous puissions introduire de manière contrôlée des défauts connus dans MoS 2 dans un premier temps, en utilisant une technique issue de nos précédents travaux sur le graphène."
En raison de ce, dit le Dr Ravi Sundaram, Scientifique principal chez Oxford Instruments, « nous avons pu utiliser la recherche axée sur l'industrie de NPL comme cadre pour développer notre propre mesure de contrôle de la qualité qui utilise la spectroscopie Raman pour quantifier les défauts du MoS 2 produit par dépôt chimique en phase vapeur. Bien que ces techniques soient largement utilisées pour le graphène, il n'y avait aucun moyen établi de vérifier la qualité du MoS 2 de manière non destructive avant la publication des travaux de NPL. Pouvoir mesurer la qualité de la matière nous permet d'optimiser le processus de croissance. Cela garantit que nous sommes en mesure de fournir une très haute qualité, faible densité de défauts MoS 2 films de nos outils."
Les travaux de NPL sur MoS 2 a fourni à Oxford Instruments la méthodologie dont ils avaient besoin pour développer leur propre processus de contrôle qualité, qui caractérise le MoS 2-D 2 couches sans avoir un impact destructeur sur la structure du matériau. Cela permet à l'équipe de caractériser efficacement le MoS 2 produit via une technologie évolutive industriellement, aider à accélérer la commercialisation de matériaux 2D.
"Nous avons à la fois des clients académiques et industriels, qui recherchent une production et une caractérisation efficaces de ces nouveaux matériaux, " dit Ravi. " MoS 2 est un matériau prometteur pour l'électronique, et pas mal d'industries s'y intéressent. Être capable de le fabriquer efficacement est essentiel pour rendre le matériau commercialement viable et attrayant, et cette technique nous a aidés à offrir un produit de haute qualité et compétitif à nos clients."
MoS 2 est prometteur tant en électronique qu'en optoélectronique. Sa structure atomique intrinsèquement mince offre non seulement plusieurs avantages pour réduire l'échelle de l'électronique traditionnelle, mais ouvre également la possibilité d'ajouter d'autres éléments fonctionnels sur une puce pour des applications telles que les capteurs. En outre, sa structure électronique semi-conductrice le rend très intéressant pour des applications optiques telles que le photovoltaïque et l'émission lumineuse. En tant que tel, augmenter la production de MoS 2 et l'évaluation de sa qualité à l'aide d'approches non destructives offre de vastes avantages non seulement aux fabricants, mais aussi à l'industrie dans son ensemble.
