Международная группа ученых под руководством одного из ведущих специалистов в области двумерных материалов — профессора НИТУ «МИСиС» и Технологического университета Дрездена Готтарда Сейферта решила проблему, которая почти полвека мешала использовать двумерные материалы в микроэлектронике. Работа опубликована в журнале ASC Nano.
Двумерные материалы больше сорока лет позиционируются как будущая основа микрочипов и вообще как основа для микроэлектроники нового уровня. Оптимизм ученых можно понять — это самые тонкие из возможных полупроводников, которые обеспечат невиданную доселе миниатюризацию устройств. Особенно это касается таких соединений, как монослойный дисульфид молибдена, который состоит из металлической молибденовой плоскости, расположенной между двумя слоями серы. Идеально сделанный монослойный дисульфид молибдена — прекрасный полупроводник, обладающий не только исключительными электронными, но и оптическими свойствами.
Пока физики раз за разом доказывали привлекательность этого соединения для микро- и наноэлектроники, химики пытались добиться максимально эффективного способа его получения. Они придумали множество способов, но даже при использовании самых эффективных, получаемые слои, как оказалось, имели множество дефектов. Это и недостаток в структуре двумерного слоя атомов серы или молибдена, и, наоборот, избыток атомов серы. Каждый такой дефект влияет на свойства полупроводника и, фактически, делает невозможным его промышленное использование, потому что ни у кого не получалось создать два образца дисульфида молибдена с одинаковыми параметрами. Поэтому перед учеными и встала задача создания максимально идеального монослоя. Которую теперь удалось решить, выяснив, что существует механизм полного восстановления дефектов в монослоях одного из самых перспективных материалов для наноэлектроники — дисульфида молибдена.
«Создание двумерных материалов — одна из самых перспективных областей современного материаловедения. Прорывная работа международной группы ученых из Германии и США под руководством одного из ведущих специалистов в области двумерных материалов — профессора НИТУ „МИСиС“ и Технологического университета Дрездена Готтарда Сейферта — открывает большие возможности для практического применения двумерных материалов в современной микроэлектронике», — отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
По словам профессора Сейферта, на самом деле научной группе удалось решить не одну, а две проблемы. Потому что сложность в создании воспроизводимых образцов дисульфида молибдена заключалась не только в том, что получаемые монослои содержат дефекты. Но и в том, что даже самый идеальный монослой со временем деградирует. Особенно на воздухе. Что сделало данное исследование ещё более актуальным.
«В нашей работе мы впервые показали возможность существования механизма залечивания дефектов в структуре монослойного дисульфида молибдена. Более того, наши расчеты, подкрепленные экспериментом, не только помогли понять, что этот механизм существует, но и позволили выяснить, как именно он протекает. Результаты нашей работы действительно открывают целое поле возможностей для практического использования монослоев из сульфида молибдена и родственных ему соединений в качестве ключевых элементов различных микросхем, — прокомментировал результаты исследования Готтард Сейферт. — Конечно, открытие такого механизма не означает, что мы можем создавать монослой бесконечного или, например, километрового размера. Скорее, речь идет о структурах микрометрового размера. Однако с учетом тенденций к миниатюризации электроники огромные монослои нам и не нужны».
По словам профессора Сейферта, следующий шаг в его работе, который предстоит сделать вместе с группой ученых из НИТУ «МИСиС», — это изучение свойств других двумерных материалов и возможностей их потенциального применения в электронике.
