В последние годы инженеры во всем мире создают электронные компоненты, которые становятся все более гибкими и универсальными, поскольку это позволит изготавливать более сложные устройства и роботизированные системы, такие как «электронная кожа» или носимые датчики. Китайские ученые разработали новые подходы, позволяющие надеяться на скорое начало массового производства подобных устройств, сообщает портал Techxplore.com.
Общая цель этой конкретной области исследований – разработать гибкую электронику, которую можно производить и внедрять в больших масштабах, но она также должна демонстрировать высокую плотность элементов и другие отличные характеристики.
Класс материалов, особенно многообещающих для разработки гибких электронных компонентов, – это двумерные (2D) полупроводники, такие как дисульфид молибдена (MoS2). Несмотря на то, что этот материал обладает многими полезными механическими, оптическими и электронными свойствами, до сих пор было сложно построить крупномасштабные гибкие интегральные схемы с высокой плотностью элементов и высокой производительностью.
Исследователи Китайской академии наук недавно изготовили новый гибкий и прозрачный транзистор на основе MoS2, который можно производить в больших масштабах. Этот транзистор, представленный в статье, опубликованной в Nature Electronics, был создан с использованием варианта обычного процесса осаждения из паровой фазы.
«2D-материалы, такие как дисульфид молибдена, могут стать новыми строительными блоками для гибкой электроники благодаря своей естественной тонкости и гибкости», – сказал Гуанюй Чжан, один из авторов научной работы. «Однако изготовление крупномасштабных гибких электронных устройств с высокими характеристиками по-прежнему является очень сложной задачей. В этой работе мы пытались разработать прототипы крупномасштабной гибкой и прозрачной электроники, основываясь на нашем недавнем прогрессе в области эпитаксии высококачественного монослоя в масштабе пластины».
Транзистор, разработанный Чжаном и его коллегами, был изготовлен путем переноса монослоя MoS2 в масштабе пластины на гибкую подложку. Эти слои могут быть изготовлены с использованием стандартных технологий микропроизводства, а это означает, что их можно легко производить в больших количествах. Исследователи использовали адаптированную версию осаждения атомных слоев (ALD), методику, обычно используемую для покрытия поверхностей тонкими пленками. Альтернативный метод ALD, который они использовали, улучшил однородность диэлектрического слоя с высоким k (Al2O3) их транзисторов. Кроме того, они использовали Au/Ti/Au в качестве контактных электродов истока/стока, что позволило добиться хорошего электрического контакта.
Транзистор имеет высокую плотность устройства и выход 97%, а также высокие коэффициенты включения/выключения (1010), плотности тока (~ 35 мкА мкм-1), подвижности (~ 55 см2 В-1 с-1) и гибкость. Более того, используя тот же процесс изготовления, исследователи смогли получить множество гибких интегральных логических схем, включая инверторы, вентили ИЛИ-НЕ, вентили И-НЕ, вентили И, память с произвольным доступом и пятиступенчатые кольцевые генераторы.
«Изготовленные нами крупномасштабные гибкие транзисторы демонстрируют высокую производительность», – сказал Чжан. «Что еще более важно, плотность устройства составляет около 1500 транзисторов на см2, что намного выше, чем в предыдущих работах».
Недавняя статья, написанная этой группой исследователей, представляет многообещающий метод изготовления крупномасштабных гибких устройств на основе MoS2. В будущем этот метод позволит разрабатывать гибкие электронные устройства, которые будут тоньше, меньше по размеру и лучше работать.
«В наших следующих исследованиях мы продолжим оптимизацию процесса выращивания для улучшения качества пленок MoS2», – сказал Чжан. «Кроме того, мы планируем и дальше улучшать производительность, повышать уровень интеграции гибких устройств и исследовать более перспективные приложения для наших транзисторов, такие как гибкая память и синаптические устройства, датчики, фотодетекторы и так далее».
