ساخت نانوترانزیستوری از جنس تک‌لایه دی‌سولفید مولیبدن

دی‌سولفید مولیبدن (MoS2) یک ماده فراوان در طبیعت است که اغلب در آلیاژهای استیل و یا به‌عنوان یک افزودنی در لاستیک استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر تحقیقات بسیار زیادی برای استفاده از این ماده در ابزارهای نانوالکترونیکی انجام شده‌ و توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. این ماده نیمه‌هادی در ساختار تک‌لایه‌ای با ضخامت اتمی، خصوصیات فیزیکی، نوری و الکتریکی منحصر بفردی از خود نشان می‌دهد. برخلاف گرافن، این ماده دارای باندگپ انرژی است که برای کاربردهای الکترونیکی مهم است.
در گذشته، عملکرد سنتز دی‌سولفید مولیبدن، بخصوص به‌هنگام کار با بسترهای انعطاف‌پذیر، مناسب نبود. در مطالعه جدیدی که انجام شده‌، امکان سنتز دی‌سولفید مولیبدن تک لایه را از طریق رشد-CVD با بالاترین کیفیت روی مواد انعطاف‌پذیر فراهم شده‌است. محققان دانشگاه تگزاس برای اولین بار موفق به ساخت تک‌لایه‌های بسیار خالص MoS2 برای استفاده در ترانزیستورهای فرکانس رادیویی که در محدوده گیگاهرتز کار می‌کنند، شدند. نتایج تحقیقات آنها در مجله Advanced Materials چاپ شده‌است.
ناگاوالی دانشجوی دکتری عضو این گروه تحقیقاتی می‌گوید: « پیشرفت ما از طریق بهبود و اصلاح‌سازی در روش سنتز دی‌سولفید مولیبدن، انتقال و ادغام آن روی پلاستیک‌های انعطاف‌پذیر میسر می‌شود. نکته بسیار مهم این است که متوجه شدیم الکترون‌ها در MoS2 دارای چنان سرعت‌های بالایی هستند که فرکانس‌های گیگاهرتزی از طریق آنها قابل استحصال است.»
کشف این گروه از این نظر حائز اهمیت است که نشان می‌دهد که MoS2 یک ماده با کارایی بالاتر در مقایسه با ترانزیستورهای فیلم نازک متداول ساخته شده از نیمه‌هادی‌های آلی، اکسیدهای فلزی یا سیلیکون آمورف است. ساخت ترانزیستورهای فرکانس رادیویی با ابعاد بزرگ (در حد میلیمتر) با استفاده از MoS2 تک‌لایه که در محدوده گیگاهرتز کار می‌کنند، برای طراحی سیستم‌های نانوالکترونیک فرکانس رادیویی با مصرف انرژی اندک بسیار امیدبخش است.
برای ساخت این تک‌لایه MoS2، پژوهشگران از روش CVD روی بستر SiO2/Si استفاده کردند. در ادامه آنها از فرآیند انتقال تر، برای انتقال تک لایه MOS2 روی دیگر بسترها استفاده کردند.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از این تک‌لایه‌های MoS2 موفق به ساخت ترانزیستورهای فرکانس رادیویی شدند که دارای بالاترین فرکانس قطع جریان ذاتی ۶/۵ گیگاهرتز و حداکثر قدرت ۳/۳ گیگاهرتزی است. این اعداد به این معنی هستند که ترانزیستورهای انعطاف‌پذیر ساخته شده از MoS2 را می‌توان روی صفحات پلاستیکی بزرگ ساخت. با انجام آزمایش‌های مختلف مشخص شد که این ترانزیستورها از خصوصیات مکانیکی قابل ملاحظه‌ای برخوردارند.
هدف بعدی گروه، ساخت سیستم‌های رادیویی بی‌سیم انعطاف‌پذیر جدید براساس ترانزیستورهای نشر میدان MoS2 است.
ناگاوالی می‌گوید: « چالش‌های بسیار زیادی همچون ادغام موفق‌آمیز واحدهای ساختمانی مختلف سیستم‌های فرکانس رادیویی مثل آنتن‌ها پیش روی ما است.»