Nanomesh
Escogitato un metodo di sintesi a bassa temperatura per nanomesh di tellurio di alta qualità per l'elettronica di prossima generazione
Un team collaborativo guidato da ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) ha recentemente inventato un metodo innovativo per sintetizzare nanomesh semiconduttori di alta qualità a una temperatura e costi di produzione inferiori rispetto ai metodi convenzionali. I risultati, che sono stati pubblicati su Nature Communications (1), contribuiranno a consentire la produzione su larga scala di nanomesh per l'elettronica di prossima generazione.
I legami chimici, inclusi i legami covalenti e ionici, conferiscono ai semiconduttori configurazioni elettroniche stabili, ma impongono anche vincoli alla loro sintesi e all'eteroepitassia reticolare non corrispondente. In questa ricerca, le uniche interazioni van der Waals (vdWs) multi-scala vengono esplorate in sistemi unidimensionali di tellurio (Te) per superare queste restrizioni, abilitate dai legami vdWs tra le catene atomiche di Te e il rilassamento spontaneo del disadattato alle interfacce quasi-vdWs.
Nanomesh è un materiale su scala nanometrica formato da una rete di nanofili. Per diversi decenni, i materiali unidimensionali come i nanofili realizzati con materiali inorganici cristallini sono stati ampiamente esplorati come il motore principale per l'elettronica emergente, poiché hanno caratteristiche come flessibilità meccanica, efficienza energetica e trasparenza ottica. Tuttavia, la scalabilità, l'integrabilità e l'economicità dei semiconduttori a nanofili sono insufficienti, limitando il loro potenziale per applicazioni elettroniche e optoelettroniche su vasta area.
Per superare queste carenze, un gruppo di ricerca guidato dagli scienziati di CityU ha fatto un passo avanti, inventando un metodo di crescita della fase vapore a bassa temperatura, che può ottenere la sintesi su larga scala di nanomesh di tellurio (Te) semiconduttore da utilizzare nei dispositivi.
«L'uso di nanomesh di tellurio nell'elettronica è molto promettente per soddisfare le esigenze tecnologiche emergenti delle odierne applicazioni Internet of Things (IoT). I progressi compiuti in questa ricerca segnano un passo significativo verso la produzione su larga scala di nanomesh di tellurio funzionale, consentendo potenziali applicazioni che non sono realizzabili con altri mezzi», ha affermato il professor Johnny Ho Chung-yin (2), capo associato e professore presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali (MSE) presso CityU, che ha guidato lo studio.
Il metodo appena sviluppato può produrre nanomesh di tellurio di alta qualità su vari substrati, tra cui ossido di silicio, polimeri (plastica estensibile) e persino carta, in modo scalabile ed economico.
Per avviare il processo di crescita, le polveri di tellurio sono state prima vaporizzate e portate ai substrati di crescita, quindi riscaldate a 100 °C con un flusso di gas argon. Impiegando il principio delle interazioni multiscala di van der Waals dei materiali nella progettazione di questo nuovo metodo di sintesi, il team di ricerca ha creato con successo nanomesh composti da nanofili di tellurio autoassemblati e autosaldati cresciuti lateralmente a vapore su superfici arbitrarie a bassa temperatura di 100 °C, cosa impossibile con i metodi convenzionali.
Poiché è richiesta una temperatura molto più bassa del normale e il nanomesh può essere coltivato su vari substrati, il costo di produzione è inferiore. Inoltre, la scoperta di un processo di auto-saldatura nella crescita del nanomesh di tellurio nello studio è cruciale per migliorare le prestazioni del dispositivo e garantire la robustezza meccanica dell'elettronica flessibile.
Gli esperimenti condotti dal team hanno dimostrato applicazioni multifunzionali del tellurio nanomesh, compresa la capacità di modellare a livello micrometrico, la fabbricazione di transistor ad alta mobilità e la produzione di fotorilevatori a infrarossi veloci e sensibili (tempo di fotorisposta inferiore a 3 microsecondi) su carta.
«Tutte le metriche dei dispositivi ottenute sono alla pari con i dispositivi all'avanguardia, ma possono essere prodotte a un costo inferiore. Sono promettenti per soddisfare le esigenze tecnologiche emergenti», ha affermato il professor Johnny Ho Chung-yin. «Quest'ultimo sviluppo ha migliorato le proprietà fotoelettriche e di trasporto del nanomesh e ha risolto le preoccupazioni sulla compatibilità tra il substrato del dispositivo target e il processo di crescita del nanomesh. Di conseguenza, i dispositivi possono ora essere prodotti su un'ampia gamma di superfici tecnologicamente funzionali in modo scalabile ed economico».
I primi autori sono il dottor Meng You e il dottor Li Xiaocui, postdoc presso il MSE presso CityU. Gli autori corrispondenti sono il professor Ho, il dottor Alex Wong Chun-yuen, decano associato (divulgazione e internazionalizzazione) del College of Science e professore associato di chimica presso CityU, e il dottor Wang Fei, professore associato del Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics e fisica presso l'Accademia cinese delle scienze. I collaboratori includono il professor Chen Fu-rong, del MSE, e ricercatori dell'Università di Kyushu, dell'Università di Scienza e Tecnologia Elettronica della Cina, dell'Università di Zhengzhou e dell'Università di Tecnologia di Pechino.
La ricerca è supportata dai finanziamenti del Research Grants Council di Hong Kong e CityU, nonché dalle strutture di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) presso l'unità EM ambientale corretta per l'aberrazione risolta nel tempo e CityU.
Riferimenti:
(1) Van der Waals nanomesh electronics on arbitrary surfaces
Descrizione foto: Fotorilevatori a infrarossi nanomesh a basso costo fabbricati su carta. - Credit: Dr Meng You, City University of Hong Kong.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: CityU researchers invent a low-temperature synthesis method for high-quality tellurium nanomesh for next-generation electronics