Ученые МФТИ получили атомно-тонкие слои дисульфида молибдена на подложках больших площадей — Naked Science
23.12.2019
ФизТех

Ученые МФТИ получили атомно-тонкие слои дисульфида молибдена на подложках больших площадей

На Физтехе научились синтезировать атомно-тонкие пленки дисульфида молибдена на площади до нескольких десятков квадратных сантиметров. Ученые показали, что структурой дисульфида молибдена можно управлять путем изменения температуры синтеза. Пленки, востребованные в электронике и оптоэлектронике, были получены в МФТИ при температурах 900–1000 градусов Цельсия.

В этой установке идет рост сверхтонкого оксида молибдена, необходимого для последующего синтеза двумерного дисульфида молибдена / ©Пресс-служба МФТИ

Результаты работы опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.

Двумерные (2D) материалы вызывают большой интерес благодаря уникальным свойствам, вызванным особенностями структуры и действием квантово-механических ограничений. Семейство 2D-материалов включает металлы, полуметаллы, полупроводники и изоляторы. Наиболее известный 2D-материал, графен, представляет собой монослойную пленку углерода, обладающую рекордной подвижностью носителей заряда. Однако отсутствие запрещенной зоны при нормальных условиях ограничивает его применимость.

В отличие от графена, дисульфид молибдена MoS2 обладает оптимальной шириной запрещенной зоны для использования в электронных приборах. Каждый слой MoS2 представляет собой сэндвич: слой атомов молибдена в окружении слоев атомов серы. Чрезвычайно перспективными также считаются 2D-ван-дер-ваальсовы гетероструктуры, получаемые комбинированием различных 2D-материалов. Эти материалы уже находят широкое применение в энергетике и катализе. При условии получения двумерного дисульфида молибдена на коммерчески значимых (wafer-scale) площадях он может обеспечить прорыв в создании прозрачных и гибких электронных устройств, оптической коммуникации в компьютерах нового поколения и других направлениях электроники и оптоэлектроники.

«Разработанный метод синтеза MoS2 содержит два этапа. На первом этапе методом атомно-слоевого осаждения (АСО) выращивается пленка МоО3. Особенность этого процесса — контролируемость толщины с точностью до одного атомного слоя и конформное покрытие любых поверхностей. При этом МоО3 может легко быть получен на пластинах вплоть до 300 миллиметров в диаметре. На втором этапе проводится термохимическая обработка в парах серы. В результате кислород замещается серой, и образуется соединение MoS2. Уже сейчас мы научились синтезировать атомно-тонкие пленки дисульфида молибдена (MoS2) на площади до нескольких десятков квадратных сантиметров», — рассказывает Андрей Маркеев, научный руководитель лаборатории атомно-слоевого осаждения МФТИ.

Ученые МФТИ выяснили, что структура получаемой пленки зависит от температуры сульфидирования. При 500оС получается аморфная структура с кристаллическими включениями размером несколько нанометров. При 700оС пленка содержит кристаллиты размером около 10–20 нанометров. При этом слои S-Mo-S ориентированы перпендикулярно поверхности. Таким образом, на поверхности образуется много оборванных связей. Такая структура обладает высокой каталитической активностью по отношению ко многим реакциям, в том числе реакции выделения водорода. Для использования MoS2 в электронике нужно, чтобы слои S-Mo-S были ориентированы параллельно поверхности. Такая структура образуется при температуре сульфидирования 900–1000оС. Этот способ позволяет получать пленки толщиной от 1,3 нанометра (что соответствует двум молекулярным слоям) на коммерчески-значимых площадях.

Синтезированные при оптимальных условиях пленки MoS2 были внедрены в опытные образцы МДП-структур (металл-диэлектрик-полупроводник) на основе сегнетоэлектрического HfO2, условно моделирующих работу полевого транзистора. В данных структурах пленка MoS2 играла роль полупроводникового канала, проводимостью которого можно управлять направлением поляризации сегнетоэлектрического слоя. Разработанный ранее в данной лаборатории МФТИ сегнетоэлектрический материал La:(HfO2-ZrO2) в контакте с MoS2 продемонстрировал остаточную поляризацию около 18 мкКл/см2, а ресурс переключений составил около 5×106 циклов, что превосходит достигнутый общемировой результат при использовании кремниевого канала (не более 105 переключений).

Авторы также выражают благодарность Российскому научному фонду, при поддержке которого были получены данные результаты.

Лаборатория атомно-слоевого осаждения МФТИ ведет исследования по всем ключевым направлениям современного АСО. Основное направление — слои, получаемые для полупроводниковой памяти. В лаборатории разработали чип памяти с ресурсом порядка 1011 циклов переключения, тогда как флеш-память выдерживает всего лишь 105 циклов перезаписи. Еще одним значимым направлением деятельности является разработка биосовместимых покрытий, в том числе и с заданными электрическими свойствами.

В лаборатории научились получать оксид титана в определенной кристаллической модификации, который хорошо биосовместим с костной тканью. Ученые разработали технологию и процесс покрытия титановых дентальных шурупов-имплантатов, которые приживаются за две недели, тогда как обычно этот процесс длится около 2–4 месяцев. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Позавчера, 05:00
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

Позавчера, 15:25
ТюмГУ

Ученые Тюменского научного центра СО РАН и Тюменского государственного университета сообщили о результатах изучения материалов могильника Меновное XII. Могильник расположен вблизи поселка Меновное в окрестностях города Усть-Каменогорска в Восточном Казахстане. Его артефакты позволили воссоздать не только черты погребальной обрядности, но и отдельные элементы материальной культуры эпохи становления кимакского объединения.

Сегодня, 12:17
Ольга Иванова

Ученые, анализирующие регулярные отчеты о штормах на Юпитере, передающиеся телескопом «Хаббл», обнаружили, что с 2009 по 2020 год скорость ветра в Большом красном пятне увеличилась до восьми процентов.

Позавчера, 05:00
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

Позавчера, 15:25
ТюмГУ

Ученые Тюменского научного центра СО РАН и Тюменского государственного университета сообщили о результатах изучения материалов могильника Меновное XII. Могильник расположен вблизи поселка Меновное в окрестностях города Усть-Каменогорска в Восточном Казахстане. Его артефакты позволили воссоздать не только черты погребальной обрядности, но и отдельные элементы материальной культуры эпохи становления кимакского объединения.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: