Onderzoekers vinden synthesemethode bij lage temperatuur uit voor hoogwaardige tellurium nanomesh voor elektronica van de volgende generatie

Een samenwerkend team onder leiding van onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityU) heeft onlangs een innovatieve methode uitgevonden voor het synthetiseren van hoogwaardige, halfgeleidende nanomesh bij lagere temperatuur en productiekosten dan conventionele methoden. De bevindingen zullen de grootschalige productie van nanomesh voor elektronica van de volgende generatie mogelijk maken.

Nanomesh is een materiaal op nanoschaal dat is gevormd uit een netwerk van nanodraden. Al tientallen jaren worden eendimensionale materialen zoals nanodraden gemaakt van kristallijne anorganische materialen op grote schaal onderzocht als de belangrijkste motor voor opkomende elektronica, omdat ze kenmerken hebben als mechanische flexibiliteit, energie-efficiëntie en optische transparantie. De schaalbaarheid, integreerbaarheid en kosteneffectiviteit van nanodraadhalfgeleiders zijn echter onvoldoende, waardoor hun potentieel voor elektronische en opto-elektronische toepassingen op grote gebieden wordt beperkt.

Om deze tekortkomingen te verhelpen, heeft een onderzoeksteam onder leiding van CityU-wetenschappers een doorbraak bereikt door een methode voor groei in de dampfase bij lage temperatuur uit te vinden, waarmee grootschalige synthese van halfgeleidende tellurium (Te) nanomesh voor gebruik in apparaten kan worden bereikt.

“Het gebruik van tellurium nanomesh in elektronica is veelbelovend om te voldoen aan de opkomende technologische eisen van de hedendaagse Internet of Things (IoT)-toepassingen. De vooruitgang die in dit onderzoek is geboekt, markeert een belangrijke stap in de richting van de grootschalige productie van functionele tellurium nanomesh, waardoor potentiële toepassingen die niet op een andere manier haalbaar zijn”, zegt professor Johnny Ho Chung-yin, Associate Head en professor in de afdeling Materials Science and Engineering (MSE) van CityU, die de studie leidde.

De nieuw ontwikkelde methode kan hoogwaardige tellurium nanomesh produceren op verschillende substraten, waaronder siliciumoxide, polymeren (rekbare kunststoffen) en zelfs papier, op een schaalbare en kosteneffectieve manier. De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie onder de titel “Van der Waals nanomesh-elektronica op willekeurige oppervlakken.”

Om het groeiproces op gang te brengen, werden telluriumbronpoeders eerst verdampt en naar groeisubstraten gebracht en vervolgens verwarmd tot 100°C met een stroom argongas. Door het principe van multi-schaal van der Waals-interacties van de materialen toe te passen bij het ontwerpen van deze nieuwe synthesemethode, creëerde het onderzoeksteam met succes nanomeshes die zijn samengesteld uit zelfgeassembleerde en zelflassende tellurium nanodraden die lateraal in damp zijn gegroeid op willekeurige oppervlakken bij de lage temperatuur. van 100°C, wat onmogelijk is met conventionele methodes.

Omdat er een veel lagere temperatuur nodig is dan normaal en de nanomesh op verschillende substraten kan worden gekweekt, zijn de productiekosten lager. Ook is de ontdekking van een zelflasproces in de groei van tellurium nanomesh in het onderzoek cruciaal voor het verbeteren van de apparaatprestaties en het waarborgen van de mechanische robuustheid van flexibele elektronica.

De experimenten uitgevoerd door het team demonstreerden multifunctionele toepassingen van tellurium nanomesh, waaronder de capaciteit voor patroonvorming op micrometerniveau, de fabricage van zeer mobiele transistors en de productie van snelle en gevoelige infrarood fotodetectoren (fotoresponstijd van minder dan 3 microseconden) op papier .

“Alle verkregen apparaatstatistieken zijn vergelijkbaar met ultramoderne apparaten, maar kunnen tegen lagere kosten worden geproduceerd. Ze zijn veelbelovend om aan opkomende technologische eisen te voldoen”, aldus professor Ho. “Deze nieuwste ontwikkeling heeft de transport- en foto-elektrische eigenschappen van nanomesh verbeterd en zorgen weggenomen over de compatibiliteit tussen het doelapparaatsubstraat en het nanomesh-groeiproces. Als gevolg hiervan kunnen apparaten nu worden geproduceerd op een breed scala aan technologisch functionele oppervlakken in een schaalbare en kostenbesparende manier.”