Sauerstoff vs. Nanochip

Schwachstelle eines vielversprechenden zweidimensionalen Halbleiters gegenüber Luft

28.09.2018 - Russische Föderation

Erstmals ist es einem internationalen Team von Wissenschaftlern von NUST MISIS, der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, der Universität Namur (Belgien) und dem Korea Research Institute for Standards & Science gelungen, die strukturellen Veränderungen des zweidimensionalen Molybdändisulfids unter langfristigen Umwelteinflüssen im Detail zu verfolgen. Die neuen Daten verengen den Anwendungsbereich in der Mikroelektronik und eröffnen gleichzeitig neue Perspektiven für den Einsatz zweidimensionaler Materialien als Katalysatoren.

Molybdändisulfid (MoS₂) gilt als vielversprechende Grundlage für eine Vielzahl von ultrakleinen elektronischen Geräten wie Hochfrequenzdetektoren, Gleichrichtern und Transistoren, so dass Forschungsteams auf der ganzen Welt aktiv ihr zweidimensionales Format, den Nanofilm, untersuchen. Die neue Forschung der NUST MISISIS-Wissenschaftler hat jedoch gezeigt, dass dieses zweidimensionale Material, wenn es in der Luft signifikant oxidiert wird, in eine andere Verbindung übergeht.

Jedes elektronische Gerät, das MoS₂ ohne geeigneten Schutz verwendet, würde einfach aufhören, relativ schnell zu arbeiten. Um MoS₂ in der Mikroelektronik potenziell einsetzen zu können, müssten die Bauelemente gekapselt werden.

"Zum ersten Mal überhaupt ist es uns gelungen, experimentell nachzuweisen, dass sich ein einschichtiges Molybdändisulfid unter Umweltbedingungen stark zersetzt, oxidiert und zu einer festen Lösung MoS_2-xO_x, wird. Die Funktionen eines zweidimensionalen Halbleiters ohne Defekte und Verluste lassen sich mit Molybdändiseleniden, einem weiteren Material mit ähnlicher Struktur, realisieren", sagt Pavel Sorokin, Leiter des Forschungsteams und leitender Forscher am NUST MISISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

In den Experimenten wurden zweidimensionale Schichten aus Molybdändisulfid, die als Ergebnis der Schichtung von Molybdändisulfidkristallen durch Ultraschall erhalten wurden, unter Umgebungsbedingungen bei normaler Raumtemperatur und Beleuchtung über lange Zeiträume (mehr als anderthalb Jahre) gehalten, wobei Wissenschaftler die Veränderungen in der Struktur ihrer Oberfläche beobachteten.

"Dank des Einsatzes der Tunnelmikroskopie konnten wir die strukturellen Veränderungen von Kristallen aus zweidimensionalen Schwefeldisulfiden auf atomarer Ebene während der Langzeitbelastung durch Umweltbedingungen verfolgen. Wir haben festgestellt, dass das bisher als stabil geltende Material tatsächlich einer spontanen Oxidation unterliegt, aber gleichzeitig behält sie die ursprüngliche Kristallstruktur der MoS₂-Monoschichten in MoS_2-xO_x-Festlösungen bei. Unsere Simulationen haben es uns ermöglicht, einen Mechanismus zur Bildung solcher solider Lösungen vorzuschlagen, und die Ergebnisse der theoretischen Berechnungen stimmen völlig mit unseren experimentellen Messungen überein" - sagte Zakhar Popov, einer der Mitautoren der Studie und leitender Forscher am NUST MISISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

"Die zweite wichtige Entdeckung der Studie ist das neue Material, aus dem sich die Monoschicht des Molybdändisulfids zusammensetzt, ist ein zweidimensionaler Kristall einer festen Lösung MoS_2-xO_x, der ein wirksamer Katalysator für elektromechanische Prozesse ist", schloss Sorokin.

Originalveröffentlichung

János Pető, Tamás Ollár, Péter Vancsó, Zakhar I. Popov, Gábor Zsolt Magda, Gergely Dobrik, Chanyong Hwang, Pavel B. Sorokin & Levente Tapasztó; "Spontaneous doping of the basal plane of MoS2 single layers through oxygen substitution under ambient conditions"; Nature Chemistry; 2018

https://www.chemie.de/news/162406/sauerstoff-vs-nanochip.html