Российские ученые получили 2D–пленки дисульфида молибдена

В этой установке идет рост сверхтонкого оксида молибдена, необходимого для последующего синтеза двумерного дисульфида молибдена

Лаборатория атомно-слоевого осаждения МФТИ

Исследователи из МФТИ смогли синтезировать пленки дисульфида молибдена толщиной в один атом на площади до нескольких десятков квадратных сантиметров. Разработка будет востребована в электронике и оптоэлектронике. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.

Двумерные материалы имеют уникальные свойства, благодаря чему исследователи со всего мира проявляют к ним большой интерес. Семейство 2D-материалов включает металлы, полуметаллы, полупроводники и изоляторы. Наиболее известный представитель этого класса — графен — представляет собой один слой атомов углерода, имеющий рекордную подвижность заряда.

Но графен не имеет запрещенной зоны при нормальных условиях, что ограничивает его применение на практике. Дисульфид молибдена MoS2, напротив, обладает оптимальной шириной запрещенной зоны для использования в электронных приборах. Каждый слой этого материала похож на сэндвич: атомы серы наслаиваются на атомы молибдена.

Этот материал может стать перспективным для создания прозрачных и гибких электронных устройств, оптической коммуникации в компьютерах нового поколения и других направлениях электроники и оптоэлектроники. Но для этого необходимо научиться создавать его пленки на достаточно больших площадях для использования в промышленности.

«Созданный нами метод синтеза MoS2 состоит из двух этапов. Сначала методом атомно-слоевого осаждения выращивается пленка триоксида молибдена. На этом этапе мы можем контролировать ее толщину с точностью до одного атомного слоя. При этом его можно получить на пластинах вплоть до 300 мм в диаметре. Затем мы проводили термохимическую обработку в парах серы. В результате кислород замещался серой, и получался дисульфид. Уже сейчас мы научились синтезировать атомно-тонкие пленки дисульфида молибдена (MoS2) на площади до нескольких десятков квадратных сантиметров», — рассказывает один из исследователей, научный руководитель лаборатории атомно-слоевого осаждения МФТИ Андрей Маркеев.

Также исследователи выяснили, что структура получаемой пленки зависит от температуры сульфидирования. При 500 °С получается аморфная структура с кристаллическими включениями размером несколько нанометров. Если проводить процесс при 700 °С пленка содержит кристаллиты размером около 10–20 нм. При этом слои атомов серы и молибдена оказываются ориентированы перпендикулярно поверхности. Таким образом, на поверхности образуется много оборванных связей.

Такой вид структуры имеет высокую каталитическую активностью по отношению ко многим реакциям, в том числе выделения водорода. Для использования синтезируемого материала в электронике нужно, чтобы слои S-Mo-S были ориентированы параллельно поверхности. Такая структура образуется при температуре процесса сульфидирования от 900 до 1000°C. Новый способ позволяет получать пленки толщиной от 1,3 нм (что соответствует двум молекулярным слоям) на коммерчески значимых площадях.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.