روشی نوین جهت سنتز مواد دو بعدی ابداع و معرفی شد

بنا بر گزارش دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، تیمی تحقیقاتی در آزمایشگاه نانو الکتریک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران (مهرناز اسفندیاری، صادق کمایی و مونا رجبعلی) با سرپرستی دکتر سید شمس‌الدین مهاجرزاده، استاد و عضو هیأت علمی دانشکده، در طرحی پژوهشی، روشی نوین در لایه روبی در فاز مایع مواد دوبعدی معرفی کردند که به موجب آن امکان اتصال و دوخت صفحات کوچک مواد دوبعدی به یکدیگر و ایجاد صفحاتی با ابعاد ۱۰-۱۵ میکرومتر فراهم شده است.
طی چند دهه گذشته و همزمان با کوچک شدن ترانزیستورها و مشکلات حاصل از این تغییر که مانع از تداوم این توسعه در صنعت شد و همچنین چالش‌های شیوه‌های مرسوم ساخت بالا به پایین افزاره‌ها در رژیم نانو، به‌کارگیری مواد دو بعدی به‌عنوان عضو جدید خانواده بزرگ افزاره‌های نیمه‌هادی، اجتناب‌ناپذیر گشت.
روش‌های متنوعی جهت سنتز این صفحات دو بعدی معرفی شده است که در میان آن‌ها لایه‌برداری در فاز مایع (liquid exfoliation) روشی آسان و کم هزینه با بازدهی بسیار بالا می‌باشد. در این روش لایه‌های تکی، به‌راحتی و با شکستن پیوند واندروالس مابین لایه‌ها و با اعمال خسارتی ناچیز به لایه به جا مانده و یا برداشته شده، به دست می‌آیند. گرچه این روش مزایای زیادی دارد، اما از معایب آن می‌توان به ایجاد صفحات ماده دوبعدی در ابعاد کوچک و حداکثر در ابعاد چند صد نانومتر اشاره کرد.
به همین دلیل این تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه نانو الکتریک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، برای اولین بار در دنیا در این آزمایشگاه روشی نوین در لایه روبی در فاز مایع مواد دو بعدی ابداع کرده‌اند که در آن با استفاده از کوانتوم دات اکسید قلع امکان اتصال و دوخت صفحات کوچک مواد دوبعدی به یکدیگر و ایجاد صفحاتی بزرگ‌تر و با ابعاد ۱۰-۱۵ میکرومتر فراهم شده است.
این روش نتیجه به‌کارگیری پلاسمای اکسیژن پیش از لایه‌روبی و استفاده از کوانتوم دات SnO2 به طور هم‌زمان است که منجر به ایجاد صفحات به‌نسبت نازک و بسیار بزرگ شد که ابعاد آن‌ها قابل مقایسه با روش‌های پر هزینه و پیچیده‌ای همچون رشد بخار شیمیایی است. (با این روش صفحاتی تا چند صد ماکرومتر را هم می‌توان تولید کرد اما به طور متوسط ۱۵ ماکرومتر را برای ابعاد صفحات تولید شده در نظر می‌گیرند.)
علاوه بر این، محققان این پژوهش توانستند با این روش و همچنین پیشنهاد استفاده از پلاسمای SF6، دوپینگ ماده دوبعدی تنگستن دی سولفات را از نوع ذاتی n به p به‌صورت غیر مخرب تغییر دهند. با استفاده از این استراتژی بر یکی از محدودیت‌های اصلی صفحات دوبعدی که هدایت تک قطبی نوع n آن‌ها است فایق آمده و به‌کارگیری این مواد را در ترانزیستورهای مدارات مجتمع CMOS و ادوات اپتیکی تسهیل بخشیده‌اند.
لازم به ذکر است، پاسخ الکتریکی و موبیلتی بالای ترانزیستورهای ساخته شده با صفحات سنتز شده با این روش، نشانگر کیفیت صفحات تولیدی و رقابت‌پذیری آن با صفحات تولید شده به روش CVD است.
همه مواد و تجهیزات به‌کار رفته در این پژوهش، از آزمایشگاه لایه نازک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران استخراج شده و نتایج آن در نشریه معتبر 2d material به چاپ رسیده است. روش این پژوهش می‌تواند برای سایر مواد دو بعدی نیز استفاده شود که انقلابی در ایجاد صفحات دو بعدی به روش لایه‌برداری در فاز مایع ایجاد خواهد کرد.

برای مشاهده مقاله به این لینک https://doi.org/10.1088/2053-1583/abd6b2 مراجعه شود.