¿Qué estudian los estudiantes de posgrado en materiales bidimensionales?
Los materiales bidimensionales son un nuevo tipo de material cristalino con un espesor de una o varias capas atómicas. Ahora se ha convertido en un sistema material completo, que abarca varios tipos, desde conductores, semiconductores, superconductores hasta aislantes, ferroeléctricos, ferroimanes, antiferroimanes, etc. Los materiales bidimensionales de alta calidad desempeñan un papel importante en la exploración de nuevos fenómenos físicos y la ampliación de sus aplicaciones en microelectrónica y optoelectrónica.
El equipo de materiales bidimensionales dirigido por el investigador Zhang Guangyu, subdirector del Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, ha llevado a cabo una serie de trabajos en torno a la investigación, preparación y aplicación de materiales bidimensionales y ha conseguido ser líder a nivel internacional. resultados de la investigación.
Hoy en día, el "grafeno" se ha convertido en un conocido "material estrella", y productos como las baterías de grafeno se están utilizando poco a poco en el ámbito comercial. Ya en 2004, el equipo de investigación del profesor Andre Heim de la Universidad de Manchester en el Reino Unido separó con éxito el material de grafito de una sola capa, lo que desencadenó un auge en la investigación de materiales bidimensionales. Los investigadores pertinentes ganaron el Premio Nobel en 2010. Premio Bell de Física.
En los últimos años, impulsados por la miniaturización y la flexibilidad de los dispositivos semiconductores, los materiales bidimensionales se han mostrado muy prometedores debido a sus excelentes propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas, como alta sensibilidad, transparencia ultraalta y propiedades semiconductoras proporcionan ventajas únicas.
“Las propiedades especiales de los materiales bidimensionales les confieren una amplia gama de posibilidades de aplicación. En primer lugar, en términos de propiedades físicas, los materiales bidimensionales tienen sólo una capa atómica de espesor, lo que los convierte en tales materiales. Transparencia ultra alta y buena flexibilidad ". Zhang Guangyu dijo que una dirección de aplicación importante de materiales bidimensionales en el futuro son los dispositivos electrónicos transparentes flexibles.
“No hay enlaces colgantes en la superficie de los materiales bidimensionales y la coincidencia de la red no es alta durante el proceso de preparación del crecimiento epitaxial. Pertenece a la epitaxia de van der Waals y básicamente no hay restricciones. sobre materiales y procesos ", dijo Zhang Guangyu.
La aparición de materiales bidimensionales proporciona nuevas formas de superar las limitaciones de rendimiento de los dispositivos semiconductores tradicionales y proporciona nuevas ideas para realizar diversas aplicaciones funcionales.
Se pueden integrar más de 1.500 dispositivos flexibles de transistores de efecto de campo MoS2 en un área más pequeña que el tamaño de una uña. En septiembre de 2020, el equipo dirigido por Zhang Guangyu publicó un artículo "Dispositivos electrónicos transparentes flexibles de gran área basados en MOSFET de una sola capa" en la revista electrónica "Nature Electronics".
El equipo utilizó una película de disulfuro de molibdeno de una sola capa, altamente orientada y de alta calidad, de cuatro pulgadas, cultivada epitaxialmente, combinada con procesos de micromecanizado tradicionales, para optimizar la capa aislante y la resistencia de contacto para preparar una superficie flexible de gran tamaño. Transistor de efecto de campo de disulfuro de molibdeno transparente y varios dispositivos lógicos. El dispositivo muestra excelentes características: la densidad del dispositivo de transistores puede alcanzar 1518/cm2, y la tasa de rendimiento es tan alta como 97, que es el indicador más alto entre los resultados reportados y está en el nivel líder internacional como un solo dispositivo también muestra buenas características eléctricas; rendimiento y flexibilidad.
Zhang Guangyu señaló: “Los procesos de semiconductores actualmente maduros utilizan principalmente obleas de silicio de 8 o 12 pulgadas. Cuanto mayor es el tamaño, más chips se integran y menor es el costo. para realizar obleas de disulfuro de molibdeno de gran tamaño. La preparación se basa en la misma idea, pero cuanto mayor es el tamaño, mayores son los requisitos técnicos”.
La preparación de películas de disulfuro de molibdeno de gran superficie y alta calidad. También tiene problemas como tamaño de grano pequeño, muchos límites de grano y orientación aleatoria. Para resolver este problema, el equipo de Zhang Guangyu utilizó un sistema de deposición química de vapor de múltiples fuentes de diseño propio para preparar epitaxialmente una oblea de disulfuro de molibdeno de una sola capa continua de alta calidad de cuatro pulgadas sobre un sustrato de zafiro mediante crecimiento vertical y multipunto. nucleación.
Describió el principio de la siguiente manera: "Es como rociar agua en la pared con una regadera. El equipo de primera generación tiene una sola boquilla y el área de rociado es relativamente pequeña; el equipo de segunda generación usa tres boquillas para rociar juntas, lo que hace que el área de rociado se triplique. El dispositivo de tercera generación usa seis fuentes para rociar juntas. En este caso, el área de rociado es más grande y más uniforme."
"Dos. -Los materiales semiconductores dimensionales tienen muchas propiedades excelentes y se pueden pulverizar juntos para compensar las deficiencias en la aplicación de materiales semiconductores como el silicio, aprovechar al máximo las ventajas de los propios materiales y realizar algunos escenarios de aplicación nuevos y más adecuados.
Como dispositivos portátiles flexibles, detectores ultrasensibles, etc. "Dijo que los materiales bidimensionales no son omnipotentes, pero tienen escenarios de aplicación especiales adecuados para ellos. Estas características deberían usarse para desarrollar productos correspondientes.
A principios de 2019, los materiales bidimensionales del Laboratorio de Materiales del Lago Songshan El equipo ha comenzado la construcción. Dijo que el equipo de materiales bidimensionales se centra principalmente en la investigación de materiales con aplicaciones prometedoras. Existe un proceso esencial para que los materiales bidimensionales se apliquen verdaderamente en la vida real, incluida la verificación de los principios y la aplicación. de materiales bidimensionales, viabilidad técnica, optimización de diversos parámetros del proceso y mejora del rendimiento del dispositivo en todos los aspectos.
Como equipo nuevo, la formación de equipos de materiales bidimensionales es una de las tareas más importantes en. Hay hasta diez personas con diferentes antecedentes de investigación, "tanto materiales como dispositivos; tanto procesamiento como preparación de dispositivos, pero también caracterización y medición ..." Zhang Guangyu dijo que el trabajo en equipo requiere que los miembros cooperen entre sí, de modo que el trabajo de investigación se puede llevar a cabo a un nivel superior de calidad y eficiencia.
A medida que la construcción del Laboratorio de Materiales del Lago Songshan va por buen camino, cada vez más destacados investigadores científicos extranjeros optan por unirse al laboratorio y llevarlo a cabo. Su propio trabajo de investigación científica aquí fue reclutado e introducido por Zhang Guangyu cuando fue a Europa para realizar trabajo misionero. En su opinión, "El Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, como una nueva institución de investigación científica en la provincia de Guangdong, tiene relativamente. recursos suficientes en todos los aspectos y tiene fuertes capacidades". atracción. Al mismo tiempo, Dongguan también proporciona un escenario para que los talentos de la investigación científica trabajen con tranquilidad y se concentren en la investigación científica. ”