Une technique de fabrication simple et non destructive pourrait aider à la fabrication de films bidimensionnels (2D) plus économes en énergie nécessaires pour transformer l'industrie électronique.

Atomiquement mince, Les dichalcogénures de métaux de transition 2D (TMDC) comme le disulfure de tungstène (WS 2 ) présentent un physique remarquable, propriétés électroniques et optoélectroniques, comme la flexibilité, transparence et caractéristiques semi-conductrices.

Bien qu'il y ait eu des progrès significatifs dans la fabrication des TMDC 2-D, la nature ultrafine de ces semi-conducteurs 2D exclut l'utilisation de techniques telles que l'implantation ionique, avec recuit d'activation ultérieur, pour introduire et retenir des dopants dans des TMDC monocouches ou à quelques couches.

Maintenant, Dongzhi Chi et ses collègues de l'Institute of Materials Research and Engineering et de l'Institute of High Performance Computing à A*STAR, en collaboration avec des chercheurs de l'Université nationale de Singapour, ont développé une technique innovante qui utilise des atomes d'azote (N) hautement réactifs pour contrôler les dopants dans les films de WS 2 à l'échelle atomique, et promet une méthode fiable pour le dopage des TMDC 2-D.

"[L'actuelle] incapacité à doper efficacement les TMDC 2-D entrave le développement de dispositifs économes en énergie tels que les transistors à effet de champ utilisant les technologies de fabrication actuellement utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs, " dit Chi.

Les TMDC comme WS 2 sont généralement des semi-conducteurs de type n et il n'existe actuellement aucune méthode fiable pour fabriquer des TMDC atomiquement minces de type p. Ceci est particulièrement vexant car cela signifie que les appareils 2-D TMDC, par nécessité, sont principalement basés sur des CMOS-FET de type n, des transistors à effet de champ (FET) fabriqués à l'aide de technologies complémentaires métal-oxyde-semiconducteur (CMOS). L'absence d'un moyen efficace de fabriquer des CMOS-FET 2-D à base de TMDC de type p limite la création d'électronique de nouvelle génération, appareils optoélectroniques, et les technologies énergétiques propres.

Les chercheurs se sont donc penchés sur l'azote atomique comme contrairement aux techniques de dopage actuelles, telles que l'implantation ionique ou l'implantation plasma, il peut produire un dopage efficace de type p dans les CMOS-FET 2-D basés sur TMDC sans causer de dommages structurels notables.

Pour produire du N atomique, ils ont utilisé un plasma pour générer de l'azote ionisé et atomique dans une cavité en céramique et ont appliqué un champ électrique pour retenir les ions d'azote, permettant aux atomes N de réagir avec un échantillon de WS 2 chauffé à 300 degrés C.

L'activité chimique élevée et la faible énergie cinétique de l'azote ont introduit des modifications de la structure à une ou quelques couches de profondeur dans le WS 2 en remplaçant les atomes de soufre et en formant des liaisons chimiques W-N. Cela s'est avéré idéal pour contrôler les dopants à l'échelle atomique.

"Contrairement à d'autres méthodes de dopage pour les TMDC, telles que la chimisorption moléculaire, physisorption et dopage plasma d'azote - notre méthode introduit de l'azote dans des sites de substitution du soufre en remplaçant le soufre par de l'azote, sans endommager les couches TMDC, " dit Chi.

"Nos travaux pourraient contribuer à accélérer le développement des technologies électroniques et optoélectroniques de nouvelle génération, tels que les circuits logiques à très faible consommation et les capteurs intelligents, basé sur des TMDC semi-conducteurs 2-D, " dit Chi.