Naukowcy z Uniwersytetu North Carolina opracowali nową technikę tworzenia wysokiej klasy warstw półprzewodnikowych o grubości jednego atomu. Technika ta może być wykorzystywana na szeroką skalę. Cienkim filmem pokryć można wafle półprzewodnikowe o szerokości przynajmniej dwóch cali.

„Nowa technika może być wykorzystana do przeskalowania obecnej technologii półprzewodnikowej do poziomu atomu. Mówimy tu o laserach, diodach LED, procesorach komputerowych, dosłownie wszystkim”, powiedział dr Linyou Cao, asystent profesora inżynierii materiałowej na Uniwersytecie North Carolina.

Badacze pracowali z siarczkiem molibdenu (MoS2), tanim materiałem półprzewodnikowym, którego właściwości optyczne i elektryczne są podobne do tych, które posiadają półprzewodniki używane w przemyśle. MoS2 różnie się jednak od nich dość znacznie, ponieważ może wzrastać warstwa po warstwie bez utraty założonych właściwości.

Pracując nad nową techniką, naukowcy umieścili siarkę oraz sproszkowany chlorek molibdenu w piecu, w którym temperatura wzrastała stopniowo aż do 850 stopni Celsjusza. W wysokiej temperaturze powstał MoS2. Także przy udziale wysokiej temperatury, w wyniku sublimacji udało się „odparować” cienką warstwę tego materiału.

„Kluczem do naszego sukcesu jest opracowanie nowego mechanizmu wzrostu oraz jego samoograniczenia”, wyjaśnia Cao. Badacze są w stanie dokładnie kontrolować grubość warstwy MoS2 poprzez manipulowanie ciśnieniem cząstkowym.

Aby stworzyć pojedynczą warstwę MoS2 na podłożu, cząstkowe ciśnienie musi być wyższe niż ciśnienie ewaporacji. Im wyższe ciśnienie cząstkowe, tym więcej warstw MoS2 osadzi się na dnie pieca. Równowaga tych ciśnień sprawia, że wzrost zatrzymuje się na jednej warstwie materiału. Ciśnienie cząstkowe regulowane jest ilością chlorku molibdenu podawanego do pieca – im więcej molibdenu tym ciśnienie cząstkowe jest wyższe.

Grupa prowadzona przez Cao próbuje teraz odnaleźć sposoby na utworzenie podobnych cienkich warstw, w których każda wykonana jest z innego materiału. Cao pracuje również nad utworzeniem przy pomocy nowej techniki tranzystorów polowych oraz diod LED.