يُعرف استخدام ثاني كبريتيد الموليبدينوم كمواد تشحيم منذ القرن السابع عشر ، عندما استخدمه المستوطنون لتزييت محاور النقل. منذ أربعينيات القرن الماضي ، تم استخدام المادة على نطاق واسع كعنصر من مكونات مواد التشحيم. في الطبيعة ، يحدث ثاني كبريتيد الموليبدينوم في شكل معدن يسمى الموليبدينيت (في الصورة)
. قانون مور هو افتراض تجريبي بأن عدد الترانزستورات في الدوائر المتكاملة يتضاعف كل بضع سنوات. ومع ذلك ، بدأ هذا القانون في التعطل ، حيث أصبحت الترانزستورات الآن صغيرة جدًا لدرجة أن التقنيات الحالية القائمة على السيليكون لا يمكنها تقديم المزيد من الفرص لتقليل حجمها المادي.
وقد قامت مجموعة من العلماء من جامعة نيو ساوث ويلز (استراليا) وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس (UCLA) المنشورة وصف التكنولوجيا المستخدمة في إنتاج أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد ، والتي يمكن نظريًا حلها.
تسمح أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد بانتشار الإلكترونات على طول المستوى ، والتي لها عدد من المزايا: 1) التبديل المريح للغاية للترانزستور من الحالة المفتوحة إلى الحالة المغلقة والعكس ؛ 2) الحركة الاتجاهية للإلكترونات دون تشتت ، أي على المواد ثنائية الأبعاد ، يمكنك صنع ترانزستورات بدون مقاومة كهربائية ، والتي لا تضيع الطاقة على الإطلاق عند تشغيلها / إيقاف تشغيلها. تسمى هذه المواد الموصلات الفائقة.
إذا كانت المقاومة صفرية ، فماذا يحدث ، فلن تسخن المعالجات فائقة التوصيل على الإطلاق؟
ومع ذلك ، حول كل شيء بالترتيب.
نعم ، من الناحية النظرية يمكننا الحصول على ترانزستورات مقاومة صفرية. ولكن في الواقع ، هناك العديد من الحواجز التكنولوجية التي يجب التغلب عليها لإنشاء مثل هذه أشباه الموصلات فائقة الرقة. تتمثل إحدى العقبات في أن الأفلام الرقيقة للغاية المترسبة غير متجانسة للغاية ، أي بحدود حبيبية. تمثل هذه الحدود واجهة بلوريتين في مادة متعددة البلورات ، وهو عيب في التركيب البلوري. يبدو أن ناقلات الشحن ترتد عنها ، وبالتالي تزداد خسائر المقاومة.
أحد أشباه الموصلات الرقيقة للغاية الواعدة هو ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS 2 ) ، والذي تمت دراسة خصائصه الإلكترونية على مدار العقدين الماضيين.
ومع ذلك ، فقد ثبت أن إنتاج MoS 2 ثنائي الأبعاد على نطاق صناعي يمثل تحديًا حقيقيًا. لم تثبت أي تقنية ترسيب صناعية من MoS 2 حتى الآن إمكانية الحصول على فيلم بدون حدود حبيبية ، وهو أمر بالغ الأهمية لصناعة أشباه الموصلات. وهنا وصلنا إلى ورقة علمية نشرها باحثون من كلية الهندسة الكيميائية في جامعة نيو ساوث ويلز وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. لقد طوروا نهجًا جديدًا للترسيب الذاتي لـ MoS 2 ، مما يلغي حدود الحبوب المذكورة أعلاه.
يتم تحقيق القدرة الفريدة على التخلص من التحبب باستخدام معدن الغاليوم في حالة سائلة. الغاليوم معدن مذهل بدرجة انصهار منخفضة تبلغ 29.8 درجة مئوية فقط. هذا يعني أنه صلب في درجة حرارة الغرفة ، ولكن إذا أخذته في راحة يدك ، فإنه يذوب على الفور. يصبح سائلاً ، لذلك سطحه أملس ذريًا. عند القيام بذلك ، يبقى السائل معدنًا ، بحيث يوفر السطح عددًا كبيرًا من الإلكترونات الحرة لتسهيل التفاعلات الكيميائية.
من خلال تقريب مصادر الموليبدينوم والكبريت من سطح الغاليوم السائل ، وبشكل أكثر دقة ، سبيكة سهلة الانصهار من الإنديوم مع الغاليوم ، تمكن العلماء من تنفيذ تفاعلات كيميائية تشكل روابط الموليبدينوم والكبريت من أجل الحصول على فيلم MoS 2 الضروري... يتم ترسيب المواد الناتجة ثنائية الأبعاد على سطح غاليوم أملس ذريًا ، لذلك فهي تشكل بشكل طبيعي شكلًا مسطحًا تمامًا وخالي من الحبوب. الترسيب الذاتي لـ MoS x على سطح سبيكة الإنديوم-الغاليوم سهلة الانصهار (EGaIn). في خطوات أخرى من العملية التكنولوجية ، يتم الحصول على فيلم شبه موصل ثنائي الأبعاد لهيكل مثالي بدون حبيبات. يمكن تنفيذ العملية على نطاق صناعي ، ويوضح الرسم التوضيحي أعلاه كيف تترسب MoS 2 ذاتيًا . في الرسم التوضيحي أدناه - الأوراق نفسها. التحليل الطيفي الضوئي للأشعة السينية عالية الدقة للورقة البلورية MoS 2 . المصوران G و F: مخطط بلوري وهيكل بلوري ثماني الأضلاع حقيقي
هذه خطوة مهمة للغاية للإنتاج الصناعي لأشباه الموصلات المستوية فائقة النعومة.
يخطط باحثو جامعة نيو ساوث ويلز لتحسين التكنولوجيا لإنشاء أشباه موصلات ثنائية الأبعاد ومواد عازلة تستخدم في الإلكترونيات الدقيقة. يؤكد العلماء أن هذه الطريقة تمثل إجراء ترسيبًا متعدد الاستخدامات لأي معدن ثنائي كالكوجينيد ثنائي الأبعاد (2D TMD أو TMD) يمكن تكييفه للإنتاج على نطاق واسع ، لتحل محل طرق TMD التقليدية ثنائية الأبعاد.
نُشر المقال العلمي في 2 أكتوبر 2020 في مجلة Advanced Functional Materials ( دوى: 10.1002 / adfm.202005866 ).
