Os pesquisadores têm procurado substituir o silício na eletrônica por materiais que proporcionem maior desempenho e menor consumo de energia, além de terem escalabilidade. Uma equipe internacional está atendendo a essa necessidade desenvolvendo um processo promissor para desenvolver materiais 2D de alta qualidade que possam alimentar a eletrônica da próxima geração.
Sang-Hoon Bae, professor assistente de engenharia mecânica e ciência de materiais na McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis, é um dos três pesquisadores que lideram o trabalho multi-institucional publicado em 18 de janeiro em Naturezajunto com seu aluno de doutorado Justin S. Kim e o associado de pesquisa de pós-doutorado Yuan Meng.
O trabalho, que inclui dois avanços técnicos, é o primeiro a relatar que seu método para cultivar materiais semicondutores, conhecido como dicalcogenetos de metais de transição (TMD), tornaria os dispositivos mais rápidos e usaria menos energia.
A equipe, co-liderada por Jeehwan Kim, professor associado de engenharia mecânica e de ciência e engenharia de materiais no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e Jin-Hong Park, professor de engenharia de informação e comunicação e de engenharia eletrônica e elétrica em Sungkyunkwan University, teve que superar três desafios extremamente difíceis para criar os novos materiais: garantir a cristalinidade única em escala de wafer; prevenção de espessura irregular durante o crescimento em escala de bolacha; e heteroestruturas verticais em escala de wafer.
Bae disse que os materiais 3D passam por um processo de rugosidade e alisamento para se tornar um material de superfície uniforme. No entanto, os materiais 2D não permitem esse processo, resultando em uma superfície irregular que dificulta a obtenção de um material 2D uniforme de alta qualidade e grande escala.
“Nós projetamos uma estrutura confinada geométrica que facilita o controle cinético de materiais 2D para que todos os grandes desafios no crescimento de material 2D de alta qualidade sejam resolvidos”, disse Bae. “Graças ao controle cinético facilitado, precisávamos apenas cultivar sementes autodefinidas para um tempo de crescimento mais curto.”
A equipe fez outro avanço técnico ao demonstrar TMDs de heterojunção de domínio único na escala de wafer, ou em grande escala, por crescimento de camada por camada. Para limitar o crescimento dos núcleos, eles usaram vários substratos feitos de compostos químicos. Esses substratos formaram uma barreira física que impediu a formação de epitaxia lateral e forçou o crescimento vertical.
“Acreditamos que nossa técnica de crescimento confinado pode trazer todas as grandes descobertas em física de materiais 2D para o nível de comercialização, permitindo a construção de heterojunções camada por camada de domínio único na escala de wafer”, disse Bae.
Bae disse que outros pesquisadores estão estudando esse material em tamanhos muito pequenos, de dezenas a centenas de micrômetros.
“Aumentamos porque podemos resolver o problema produzindo material de alta qualidade em larga escala”, disse Bae. “Nossa conquista estabelecerá uma base sólida para que os materiais 2D se encaixem em ambientes industriais.”
Esta pesquisa foi financiada pela Intel; DARPA (029584-00001 e 2018-JU-2776); e Instituto de Ciências Básicas (IBS-R034-D1).
Com informações de Science Daily.
