پژوهش‌گرانی از آمریکا فناوری‌ِ جدیدی را توسعه داده‌اند که با نیم‌رسانای اکسید فلزی مکمل (CMOS) سازگار بوده و مواد دوبعدی متنوعی را در داخل یک ‌قطعه‌ی الکترونیکی جمع می‌کند. اعضای این تیم موفق شده‌اند مدارهای الکترونیکی در ابعاد بزرگ را بسازند که بر پایه‌ی گرافین و ساختارهای نامتجانس (Heterostructures) بنا شده است. فرآیند ساخت این مدارها ممکن است به توسعه‌ی ساختارهای نامتجانس (متشکل از هر نوع ماده‌ی لایه‌ای دوبعدی) بیانجامد که کاربردهای بالقوه‌ای در الکترونیک شفاف و انعطاف‌پذیر٬ حسگرها٬ FETهای تونل‌زنی و ترانزیستورهای با تحرک الکترونی بالا دارند.

مواد دوبعدی٬ موجی از علایق را در آزمایشگا‌ه‌های سرتاسر جهان ایجاد کرده‌اند. این مواد از ویژگی‌های الکترونی و مکانیکی متفاوت و چشم‌گیری نسبت به مواد مشابه سه‌بعدی‌شان برخوردارند. این یعنی می‌توان چنین موادی را در قطعاتی همچون مدارهای الکتریکی با توان-پائین٬ نمایشگرهای کم هزینه یا قابل انعطاف٬ حسگرها و حتی الکترونیک انعطاف‌پذیر بکار برد؛ موادی که از آن‌ها در پوشش انواع مختلفی از سطوح استفاده می‌شود.

معروف‌ترینِ مواد دوبعدی٬ گرافین (ورقه‌ای از کربن به ضخامت تنها یک اتم) و فلز واسطه‌ی «دی کاکلوجنید» است. این موادی فرمول MX₂ دارند که M یک «کاکلوجن» (مانند گوگرد، سلنیوم و تلوریوم) است. چنان موادی در حالت حجمی یک نیم‌رساناهای با گاف نواری غیرمستقیم هستند که وقتی به مقیاس تک‌لایه‌ای آورده شوند نیم‌رسانای با گاف نواری مستقیم خواهند بود. این تک‌لایه‌ها به شکل کارآمد موجب گسیل و جذب نور می‌شوند. چنین موادی را می‌توان در ساخت قطعات اپتومکانیکی همچون دیودهای گسیل نوری و سلول‌های خورشیدی ایده‌آل بکار برد.

نمایشی هنری از گرافین

اِچینگ انتخابی

اکنون پژوهش‌گران برای نخستین بار گرافین و ساختارهای نامتجانس سولفید مولیبدن (MoS₂) را با هم‌دیگر در داخل یک قطعه‌ و مدار الکترونیکی ترکیب کرده‌اند. این کار به یُمن فناوری جدیدی صورت گرفته که به محققان این اجازه را می‌دهد تا هر دوی این مواد دوبعدی را به شکل جداگانه و گزینشی اِچ (قلم‌زنی) کنند. این تیم پژوهشی که توسط توماس پالاسیوس (Tomás Palacios) از موسسه‌ی فناوری ماساچوست رهبری شده٬ این ساختارهای نامتجانس را با روش نهشت بخار شیمیایی رشد داده‌اند. ماده‌ی MoS₂ به عنوان یک کانال ترانزیستوری استفاده شده٬ درحالی‌که گرافین برای ایجاد اتصال الکترودها و به عنوان میان‌اتصالاتِ مداری استفاده شده است.

این تیم که شامل دانش‌مندانی از MIT ٬دانشگاه هاروارد و آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش ایالات متحده است٬ MoS₂ را به درون یک کانال ایزوله و بر روی ساختار نامتجانس‌شان الگوبرداری و اچ کرده‌اند. سپس اکسید آلومینیوم الگوبرداری شده بر روی این کانال (با استفاده از روش نهشت لایه‌ی اتمی در دمای پائین و فناوری‌های lift-off) تشکیل می‌شود. آن‌گونه که لیلی یو (Lili Yu) و التون سانتوس (Elton Santos) از اعضای این تیم می‌گویند: «MoS₂ نسبتاً با Al₂O₃ پوشانده شده و این لایه‌ی تشکیل یافته هم مثل یک لایه‌ی دی‌الکتریک عمل می‌کند هم به عنوان محلی برای انجام اِچینگ بکار می‌رود.»

الکترونیک قابل انعطاف و شفاف

فرآیند ساخت این مواد نهایتاً می‌تواند در ایجاد ساختارهای نامتجانس از هر نوع ماده‌ی لایه‌ای دوبعدی بکار رود. می‌توان مدارهای متشکل از چنان ساختارهایی را در قطعات با اتصالات ناهمگون (همچون لیزرها٬ FETهای تونل‌زنی و ترانزیستورهای با تحرک بالای الکترونی) نیز مورد تحقیق قرار داد. به گفته‌ی سانتوس (Santos): «چون تمام مولفه‌های این مدارها بی‌نهایت نازک‌اند٬ قطعات نهایی که حاصل می‌شوند قابل انعطاف و شفاف‌ بوده و بنابراین می‌توانند کاربردهایی در الکترونیک یا حسگرها (که قابلیت پوشیدن دارند و می‌توانند به هر نوع سطحی بچسبند) داشته باشند.

یو می‌افزاید این تیم اکنون مشغول این است که یک لایه‌ی عایق و نازک از یک ماده‌ی دوبعدی دیگر (نیترید بورون شش‌وجهی) را به ساختارشان وارد سازند. وی توضیح می‌دهد: «در تلاشیم تا اتصال گرافن/MoS₂ یکپارچه و بدون درزی را ایجاد کنیم٬»«برخی کاربردهای دیگر برای این نوع از اتصال هیبریدی (همچون آشکارسازهای نوری و قطعات حافظه) نیز تحت بررسی و تحقیق قرار دارند».

درباره‌ی نویسنده:

منبع:

Hybrid technology developed for 2D electronics