Уже больше сорока лет ожидается революция в микроэлектронике — и движущей силой масштабных изменений станет использование двумерных материалов. Действительно, это самые тонкие из возможных полупроводников. Их использование обеспечит невиданную миниатюризацию устройств. Известны, например, свойства монослойного дисульфида молибдена (металлической молибденовой плоскости, расположенной между двумя слоями серы). Идеально сделанный монослойный дисульфид молибдена — прекрасный полупроводник.
Но нельзя просто взять и построить чип на его основе.
Проблема в том, чтобы получить материал надлежащего качества. К её решению приблизилась международная группа учёных под руководством одного из ведущих специалистов в области двумерных материалов — профессора НИТУ «МИСиС» и Технического университета Дрездена (нем. Technische Universität Dresden, TUD) Готтхарда Зайферта (Gotthard Seifert).
Статья «Chemical and Electronic Repair Mechanism of Defects in MoS2 Monolayers» опубликована в журнале ASC Nano.
Создать максимально эффективный способ получения монослойного дисульфида молибдена химики пытаются давно. Они придумали множество способов, но даже самые эффективные на выходе дают слои с множеством дефектов. Это может быть как недостаток в структуре атомов серы или молибдена, так и избыток атомов серы.
Каждый дефект изменяет свойства материала. Ни у кого до сих пор не получалось создать два образца дисульфида молибдена с одинаковыми параметрами, так что о промышленном его использовании оставалось только мечтать. Теперь же мечты близки к осуществлению: показан механизм полного восстановления дефектов в монослоях этого, одного из самых перспективных материалов для наноэлектроники.
«Создание двумерных материалов — одна из самых перспективных областей современного материаловедения. Прорывная работа международной группы учёных из Германии и США под руководством одного из ведущих специалистов в области двумерных материалов — профессора НИТУ «МИСиС» и Технического университета Дрездена Готтхарда Зайферта — открывает большие возможности для практического применения двумерных материалов в современной микроэлектронике», — отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
По словам профессора Зайферта, его научной группе удалось решить не одну, а две проблемы. Сложность в создании воспроизводимых образцов дисульфида молибдена заключалась не только в том, что получаемые монослои содержат дефекты. Даже самый идеальный монослой со временем деградирует, особенно на воздухе.
«В нашей работе мы впервые показали возможность существования механизма залечивания дефектов в структуре монослойного дисульфида молибдена. Более того, наши расчёты, подкреплённые экспериментом, не только помогли понять, что этот механизм существует, но и позволили выяснить, как именно он протекает. Результаты нашей работы действительно открывают целое поле возможностей для практического использования монослоев из сульфида молибдена и родственных ему соединений в качестве ключевых элементов различных микросхем, — прокомментировал результаты исследования Готтхард Зайферт. — Конечно, открытие такого механизма не означает, что мы можем создавать монослой бесконечного или, например, километрового размера. Скорее, речь идёт о структурах микрометрового размера. Однако с учётом тенденций к миниатюризации электроники огромные монослои нам и не нужны».
По словам профессора Зайферта, следующий шаг, который ему предстоит сделать — изучение свойств других двумерных материалов и возможностей их потенциального применения в электронике.
