Des chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou ont réussi à faire croître des films atomiquement minces de bisulfure de molybdène couvrant jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres carrés. Il a été démontré que la structure du matériau peut être modifiée en faisant varier la température de synthèse. Les films, qui sont importants pour l'électronique et l'optoélectronique, ont été obtenus à 900-1, 000° Celsius. Les résultats ont été publiés dans la revue ACS nanomatériaux appliqués .

Les matériaux bidimensionnels suscitent un intérêt considérable en raison de leurs propriétés uniques découlant de leur structure et des restrictions de la mécanique quantique. La famille des matériaux 2-D comprend les métaux, semi-métaux, semi-conducteurs, et isolants. Graphène, qui est peut-être le matériau 2D le plus connu, est une monocouche d'atomes de carbone. Il a la mobilité de porteur de charge la plus élevée enregistrée à ce jour. Cependant, le graphène n'a pas de bande interdite dans des conditions standard, et cela limite ses applications.

Contrairement au graphène, la largeur optimale de la bande interdite dans le bisulfure de molybdène (MoS 2 ) le rend approprié pour une utilisation dans des appareils électroniques. Chaque MoS 2 couche a une structure sandwich, avec une couche de molybdène pressée entre deux couches d'atomes de soufre. Hétérostructures bidimensionnelles de van der Waals, qui combinent différents matériaux 2D, montrer de grandes promesses aussi. En réalité, ils sont déjà largement utilisés dans les applications liées à l'énergie et à la catalyse. La synthèse à l'échelle d'une plaquette (sur une grande surface) du bisulfure de molybdène 2-D montre le potentiel d'avancées révolutionnaires dans la création de dispositifs électroniques transparents et flexibles, communication optique pour les ordinateurs de nouvelle génération, ainsi que dans d'autres domaines de l'électronique et de l'optoélectronique.

"La méthode que nous avons trouvée pour synthétiser MoS 2 comporte deux étapes. D'abord, un film de MoO 3 est cultivé en utilisant la technique de dépôt de couche atomique, qui offre une épaisseur de couche atomique précise et permet un revêtement conforme de toutes les surfaces. Et MoO 3 peut être facilement obtenu sur des plaquettes allant jusqu'à 300 millimètres de diamètre. Prochain, le film est traité thermiquement à la vapeur de soufre. Par conséquent, les atomes d'oxygène dans MoO 3 sont remplacés par des atomes de soufre, et MoS 2 est formé. Nous avons déjà appris à cultiver du MoS atomiquement mince 2 films sur une surface pouvant atteindre plusieurs dizaines de centimètres carrés, " explique Andrey Markeev, le chef du laboratoire de dépôt de couche atomique du MIPT.

Les chercheurs ont déterminé que la structure du film dépend de la température de sulfuration. Les films sulfurés à 500°С contiennent des grains cristallins, quelques nanomètres chacun, noyé dans une matrice amorphe. A 700°С, ces cristallites mesurent environ 10 à 20 nm de diamètre et les couches de S-Mo-S sont orientées perpendiculairement à la surface. Par conséquent, la surface a de nombreuses liaisons pendantes. Une telle structure démontre une activité catalytique élevée dans de nombreuses réactions, y compris la réaction de dégagement d'hydrogène. Pour MoS 2 à utiliser en électronique, les couches S-Mo-S doivent être parallèles à la surface, qui est atteint à des températures de sulfuration de 900-1, 000°С. Les films résultants sont aussi minces que 1,3 nm, ou deux couches moléculaires, et ont une importance commerciale (c'est-à-dire assez grand) zone.

Le MoS 2 des films synthétisés dans des conditions optimales ont été introduits dans des structures prototypes métal-diélectrique-semiconducteur, qui sont à base d'oxyde d'hafnium ferroélectrique et modélisent un transistor à effet de champ. Le MoS 2 film dans ces structures a servi de canal semi-conducteur. Sa conductivité a été contrôlée en changeant la direction de polarisation de la couche ferroélectrique. En cas de contact avec le MoS 2 , le La:(HfO 2 -ZrO 2 ) Matériel, qui a été précédemment développé dans le laboratoire MIPT, s'est avéré avoir une polarisation résiduelle d'environ 18 microcoulombs par centimètre carré. Avec une endurance de commutation de 5 millions de cycles, il a battu le précédent record du monde de 100, 000 cycles pour les canaux en silicium.