Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новый способ переноса тонких полупроводниковых пленок толщиной всего в один атом на произвольные подложки, открывая путь для гибких вычислений или фотонных устройств. Этот метод намного быстрее, чем существующие методы, и может идеально переносить тонкие пленки атомного масштаба с одной подложки на другую, не вызывая трещин.
Речь идет о тонких пленках сульфида молибдена (MoS2) толщиной всего в один атом, впервые разработанных доктором С. Линью Цао, доцент кафедры материаловедения и инженерии в штате Северная Каролина. MoS2 - недорогой полупроводниковый материал с электронными и оптическими свойствами, аналогичными материалам, уже используемым в полупроводниковой промышленности.
Конечная цель состоит в том, чтобы использовать эти полупроводниковые тонкие пленки атомарного слоя для создания чрезвычайно гибких устройств, но для этого нам нужно перенести тонкие пленки с подложки, которую мы использовали для ее изготовления, на гибкую подложку. », - говорит Цао, старший автор статьи о новой технике переноса. «Вы не можете сделать тонкую пленку на гибкой подложке, потому что гибкие подложки не выдерживают высоких температур, необходимых для изготовления тонкой пленки».
Команда Цао производит пленки MoS2 толщиной в атом и диаметром до 5 сантиметров. Исследователям нужно было найти способ сдвинуть эту тонкую пленку, не помяв и не потрескав ее, что является сложной задачей из-за чрезвычайной деликатности пленки.
«Чтобы представить эту проблему в перспективе, тонкая пленка толщиной в атом и шириной 5 сантиметров эквивалентна листу бумаги шириной с большой город», - сказал Цао. «Наша цель - перевезти эту большую тонкую бумагу из одного города в другой, не повредив ее и не помяв».
Существующие методы переноса таких тонких пленок с подложки основаны на процессе, называемом химическим травлением, но химические вещества, участвующие в этом процессе, могут повредить или загрязнить пленку. Команда Цао разработала метод, использующий преимущества физических свойств MoS2 для переноса тонкой пленки с использованием только воды комнатной температуры, салфетки и пары пинцетов.
MoS2 является гидрофобным - отталкивает воду. Но сапфировая подложка, на которой выращивается тонкая пленка, гидрофильна - она притягивает воду. Новая техника переноса Цао заключается в нанесении капли воды на тонкую пленку и последующем протыкании края пленки пинцетом или скальпелем, чтобы вода начала проникать между MoS2 и сапфир. Как только он начал проникать, вода проталкивается в щель, плавая поверх тонкой пленки. Исследователи используют ткань, чтобы впитать воду, а затем приподнять тонкую пленку пинцетом и поместить ее на гибкую подложку. Весь процесс занимает пару минут. Химическое травление занимает несколько часов.
«Вода нарушает адгезию между подложкой и тонкой пленкой, но важно удалить воду перед перемещением пленки», - говорит Цао. «В противном случае из-за капиллярного эффекта пленка будет сгибаться или сгибаться, когда вы ее берете в руки».
«Этот новый метод переноса приближает нас на один шаг к использованию MoS2 для создания гибких компьютеров», - добавляет Цао. «В настоящее время мы разрабатываем устройства, использующие эту технологию».