Die Verwendung von Molybdändisulfid als Schmiermittel ist seit dem 17. Jahrhundert bekannt, als Siedler es zur Schmierung von Drehgestellachsen verwendeten. Seit den 1940er Jahren wird der Stoff häufig als Bestandteil von Schmiermitteln verwendet. In der Natur kommt Molybdändisulfid in Form eines Minerals namens Molybdänit vor (Bild). Das
Mooresche Gesetz ist eine empirische Annahme, dass sich die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen alle paar Jahre verdoppelt. Dieses Gesetz begann jedoch zu versagen, da Transistoren jetzt so klein sind, dass aktuelle Technologien auf Siliziumbasis keine weiteren Möglichkeiten bieten können, ihre physikalische Größe zu reduzieren.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der University of New South Wales (Australien) und der University of California in Los Angeles (UCLA) hat veröffentlicht eine Beschreibung der Technologie zur Herstellung zweidimensionaler Halbleiter, die theoretisch das Problem lösen kann.
Zweidimensionale Halbleiter ermöglichen die Ausbreitung von Elektronen entlang der Ebene, was eine Reihe von Vorteilen hat: 1) sehr bequemes Umschalten des Transistors von offen nach geschlossen und umgekehrt; 2) Richtungsbewegung von Elektronen ohne Streuung, dh auf zweidimensionalen Materialien können Sie Transistoren ohne elektrischen Widerstand herstellen, die beim Ein- und Ausschalten überhaupt keine Energie verschwenden. Solche Materialien werden Supraleiter genannt.
Wenn der Widerstand Null ist, was passiert dann, wenn sich supraleitende Prozessoren überhaupt nicht erwärmen?
Allerdings über alles in Ordnung.
Ja, theoretisch können wir tatsächlich Nullwiderstandstransistoren erhalten. Tatsächlich müssen jedoch viele technologische Hindernisse überwunden werden, um solche fortschrittlichen ultradünnen Halbleiter herzustellen. Eines der Hindernisse besteht darin, dass die abgeschiedenen ultradünnen Filme zu heterogen sind, dh mit Korngrenzen. Diese Grenzen stellen die Grenzfläche zweier Kristallite in einem polykristallinen Material dar, ein Defekt in der Kristallstruktur. Die Ladungsträger scheinen von ihnen abzuprallen und daher nehmen die Widerstandsverluste zu.
Einer der vielversprechendsten ultradünnen Halbleiter ist Molybdändisulfid (MoS 2 ), dessen elektronische Eigenschaften in den letzten zwei Jahrzehnten untersucht wurden.
Die Herstellung von zweidimensionalem MoS 2 im industriellen Maßstab erwies sich jedoch als echte Herausforderung. Keine industrielle MoS 2 -Abscheidungstechnologie hat bisher die Möglichkeit gezeigt, einen Film ohne Korngrenzen zu erhalten, was für die Halbleiterindustrie von entscheidender Bedeutung ist. Und hier kommen wir zu einem wissenschaftlichen Artikel, der von Forschern der School of Chemical Engineering an der University of New South Wales und der UCLA veröffentlicht wurde. Sie entwickelten einen neuen Ansatz zur Selbstfällung von MoS 2 , der die oben genannten Korngrenzen beseitigt.
Die einzigartige Fähigkeit, Körnigkeit zu beseitigen, wird durch die Verwendung von Galliummetall in flüssigem Zustand erreicht. Gallium ist ein erstaunliches Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt von nur 29,8 ° C. Dies bedeutet, dass es bei Raumtemperatur fest ist, aber wenn Sie es in Ihre Handfläche nehmen, schmilzt es sofort. Es wird flüssig, so dass seine Oberfläche atomar glatt ist. Dabei bleibt die Flüssigkeit ein Metall, so dass die Oberfläche eine große Anzahl freier Elektronen liefert, um chemische Reaktionen zu erleichtern.
Durch Annäherung der Molybdän- und Schwefelquellen an die Oberfläche von flüssigem Gallium, genauer gesagt einer eutektischen Indiumlegierung mit Gallium, konnten Wissenschaftler chemische Reaktionen durchführen, die Molybdän-Schwefel-Bindungen bilden, um den erforderlichen Film aus MoS 2 zu erhalten... Das gebildete zweidimensionale Material wird auf einer atomar glatten Galliumoberfläche abgeschieden, so dass es auf natürliche Weise eine vollkommen flache Form ohne Körnigkeit bildet. Selbstabscheidung von MoS x auf der Oberfläche einer eutektischen Indium-Gallium-Legierung (EGaIn). In weiteren Schritten des technologischen Prozesses wird ein zweidimensionaler Halbleiterfilm mit einer idealen Struktur ohne Körnigkeit erhalten. Der Prozess kann im industriellen Maßstab durchgeführt werden. Die obige Abbildung zeigt, wie MoS 2 selbst ausfällt . In der Abbildung unten - die Blätter selbst. Hochauflösende Röntgenphotoelektronenspektroskopie von kristallinen MoS 2 -Blättern . Illustriertes G und F: Kristalldiagramm und reale achteckige Kristallstruktur
Dies ist ein sehr wichtiger Schritt für die industrielle Herstellung von superglatten planaren Halbleitern.
UNSW-Forscher planen, die Technologie zu verbessern, um andere zweidimensionale Halbleiter und dielektrische Materialien herzustellen, die in der Mikroelektronik verwendet werden. Die Wissenschaftler betonen, dass diese Methode ein vielseitiges Abscheidungsverfahren für jedes große zweidimensionale Übergangsmetalldichalkogenid (2D TMD oder TMD) darstellt, das für die Produktion in großem Maßstab angepasst werden kann und herkömmliche 2D TMD-Methoden ersetzt.
Der wissenschaftliche Artikel wurde am 2. Oktober 2020 in der Zeitschrift Advanced Functional Materials ( doi: 10.1002 / adfm.202005866 ) veröffentlicht.
