2-D Malzemeler için Keşfedilen Yeni Yöntem ile Daha Akıllı Cihazlar Üretmek Mümkün Olabilir
Ulusal Fizik Laboratuvarı (NPL) tarafından birinci sınıf tahrip edici olmayan bir kalite kontrol sistemi, Oxford Instruments’a iki boyutlu (2-D) MoSO2 malzemesi için ince ölçekli imalat teknolojisini ticari hale getirme olanağı sağladı.
Akıllı telefonlar ve giyilebilir cihazlar gibi elektronik cihazların küçültülmesi talebi artmaya devam ediyor fakat aynı zamanda sektörde, geleneksel silikon malzemeler için ölçekleme sınırına ulaşılmaktadır. İki boyutlu (2-D) malzemeler, atomik olarak ince boyutlarının yanında eşsiz elektriksel ve mekanik özelliklerinden dolayı son yıllarda önemli derecede ilgi görmüştür.
Grafen ayrıntılı olarak çalışılan ilk iki boyutlu (2-D) malzeme iken, şu anda farklı özelliklere ve yeni uygulamalara sahip diğer iki boyutlu (2-D) malzemeler üzerine de odaklanılmaktadır. Bunların arasında yarı-iletken iki boyutlu malzeme olan tek katmanlı molibden disülfit (MoSO2), gelecek nesil elektronik ve optoelektronik cihazların yolunu açabilecek teknolojik olarak kullanılabilen elektronik ve optik özelliklerinden dolayı çok fazla ilgi görmektedir.
Endüstride, iki boyutlu (2-D) malzemelerden yapılan elektronik cihazların ticari hale gelebilmesi için malzemelere zarar vermeden ya da onları yok etmeden kalite kontrolü yürütmekte zorluklarla karşılaşılmaktadır. Tek katmanlı iki boyutlu malzemeler yalnızca tek atom veya molekül kalınlığında olduğu için, bu malzemelerin kalite kontrol değerlendirmesi şimdiye kadar ancak yıkıcı teknikler uygulanarak mümkün olmuştur. Oluşabilecek kusurların MoSO2 (molibden disülfit) tabanlı elektronik cihazların performansını kritik ölçüde etkileyebileceği öngürülüyor, bu yüzden kusur sayısının herhangi bir zarara sebep olmaksızın incelenebilmesi ve nicel olarak belirlenebilmesi, malzemenin büyük ölçekte üretimi, cihaz fabrikasyonu ve malzemenin fonksiyonu için büyük önem taşımaktadır.
Sanayi ve araştırma için cihaz ve ileri teknoloji sistemlerinin önde gelen tedarikçisi Oxford Instrument, molibden disülfit’i (MoSO2) endüstriyel olarak ölçeklenebilir şekilde üretebilecek bir birikim sistemi ve proses geliştirmeye çalışmaktaydı. Araştırma takımının, uygun bir kalite kontrol yaklaşımına ihtiyacı vardı ve iki boyutlu (2-D) malzemelerin karakterizasyonu ve ileri ölçümlerinde dünya lideri olan Ulusal Grafen Metrolji Merkezi’nin (NGMC) araştırmasına yöneldiler.
NPL’de Kıdemli Araştırmacı Bilim Adamı Dr. Andrew Pollard, ‘’MoSO2‘nin karakterizasyonu için Raman spektroskopisinin kullanımını inceliyorduk ve kullanılan tekniğin bu heyecan verici iki boyutlu malzemedeki kusurların nicel olarak belirlenebilmesi için uygulanabilir, yüksek verimli ve tahrip edici olmayan bir yöntem olduğunu bulduk.’’ diyor. ‘’Bu çalışma için, ilk adım olarak grafen üzerine yapılan daha önceki çalışmalardan teknikler kullanılarak MoSO2 içine kontrollü bir şekilde bilinen kusurları yerleştirdik.’’
Bundan dolayı Oxford Instruments’da Kıdemli Bilim Adamı Dr. Ravi Sundaram, ‘’ Kimyasal buhar biriktirmesi kullanılarak üretilen MoSO2’deki kusurları nicel olarak belirleyebilmek için Raman spektroskopisini kullanan kendi kalite kontrol ölçümüzü geliştirmek amacıyla NPL’nin endüstriyel olarak odaklanmış araştırmasını genel bir çerçeve olarak kullanabildik. Bu teknikler, grafen için yaygın olarak kullanılırken, Ulusak Fizik Laboratuvarı’nın (NPL) çalışması yayımlanmadan önce MoSO2’nin kalitesini tahribatsız olarak kontrol eden herhangi yayımlanmış bir teknik yoktu. Malzemelerin kalitesini ölçebilmek, büyüme sürecini optimize etmemizi sağlıyor. Bu, cihazlardan çok yüksek kalitede ve düşük kusur yoğunluğuna sahip MoSO2 filmleri temin etmemize olanak sağlıyor’’ diyor.
Ulusal Fizik Laboratuvarı’nın üzerine çalışmaları, Oxford Instruments’a iki boyutlu MoSO2 katmanlarını, malzeme yapısı üzerinde herhangi yıkıcı bir etkiye neden olmadan karakterize eden kendi kalite kontrol proseslerini geliştirmek için ihtiyaç duydukları metodolojiyi sağlamıştır. Bu, araştırma ekibinin, 2-D malzemelerin ticarileştirilmesini kolaylaştıran endüstriyel ölçekli teknoloji aracılığı ile üretilen MoSO2’in etkili bir şekilde karakterize etmesini sağlamıştır.
Ravi, ‘’ Bu yeni malzemenin verimli bir şekilde üretimini ve karakterizasyonunu arayan hem akademiden hem de endüstriden müşterilere sahibiz.’’ diyor. ‘’ MoSO2, elektronik cihazlar için umut vadeden bir malzeme ve pek çok endüstri bu malzemeye ilgi duymakta. Bu malzemeyi etkili bir şekilde üretebilmek, malzemeyi ticari olarak uygulanabilir ve çekici hale getirmek için oldukça önemli ve bu teknik, müşterilerimize yüksek kalitede ve rekabetçi bir ürün sunmamıza yardımcı oldu.’’
MoSO2, hem elektronikler hem de optoelektronikler için umut vaat etmektedir. Doğal olarak sahip olduğu ince atomik yapısı sadece geleneksel elektroniklerin küçültülmesinde birçok avantaj sunmakla kalmaz aynı zamanda sensörler gibi uygulamalar için çip üzerine daha fazla fonksiyonel element ekleme imkanının da yolunu açar. Buna ek olarak, malzemenin yarı iletken elektronik yapısı onu fotovolkaik ve ışık emisyonu gibi optik uygulamalar için ilgi çekici hale getirmektedir. Bunun sonucunda, MoSO2’in üretiminin arttırılması ve kalitesinin yıkıcı olmayan yöntemler ile değerlendirilmesi sadece üreticilere değil aynı zamanda bir bütün olarak sanayiye büyük fayda sunmaktadır.
Kaynak : phys.org
