На смену кремниевым чипам придут сверхбольшие кристаллы 2D-материалов
Недавнее открытие графена и других двумерных (2D) материалов создало предпосылку для новой платформы полупроводниковых технологий, способной сменить кремниевую, которая приближается к пределу своих функциональных возможностей. Дихалькогениды переходных металлов (TMD), такие как MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, рассматриваются как наиболее перспективные 2D-полупроводники.
Но для построения сверхбольших интегральных схем нужны монокристаллические заготовки таких материалов, соизмеримые по величине с кремниевыми пластинами, используемыми в промышленности сегодня. Успехи в подобном масштабировании монокристаллических TMD до сих пор были весьма скромными.
Группа исследователей из Центра многомерных углеродных материалов (CMCM) при корейском Институте фундаментальных наук (IBS) в соавторстве с представителями Пекинского университета, Пекинского технологического института и Фуданьского университета опубликовали статью в журнале Nature Nanotechnology, где сообщили об эксперименте по выращиванию 2-дюймовых монокристаллических пленок дисульфида вольфрама.
Предложенный ими механизм "эпитаксиального роста, управляемого двойной связью" авторы успешно применили также к выращиванию монокристаллических большеразмерных заготовок MoS2, WSe2 и MoSe2.
Первая направляющая сила - взаимодействие WS2 с плоскостью сапфировой подложки - обеспечивает два взаимно противоположных направления предпочтительной кристаллизации островков 2D-материала. Связь между WS2 и ступенчатым краем сапфира является второй движущей силой, которая препятствует вырождению двух антипараллельных ориентаций.
По мере того как направляемые подобным образом кристаллические островки TMD увеличиваются в размерах, происходит их слияние с образованием в конечном итоге единого кристалла, покрывающего всю сапфировую подложку целиком.
По мнению ученых, их новый метод синтеза крупномасштабных монокристаллов годится для любого 2D-материала, дело лишь за тем, чтобы выбрать подходящую подложку. "Теоретически, такая подложка, во-первых, должна иметь низкую симметрию и, во-вторых, как можно большее количество ступенчатых краев", - рассказал доктор Тин Чен (Ting Cheng), один из соавторов публикации.
Руководитель исследовательского коллектива, профессор Фэн Дин (Feng Ding) расценивает достигнутое ими как решающий прогресс в области устройств на основе 2D-материалов.
"Успешным выращиванием монокристаллических 2D TMD в масштабе пластины на изоляторах (в дополнение к графену и гексагональному нитриду бора на подложках из переходных металлов) наше исследование закладывает краеугольный камень для применения 2D-полупроводников в высокотехнологичных приложениях электронных и оптических устройств", - заявил он.
