Ученые усовершенствовали способ защиты пленок полупроводника от окисления

Метод усовершенствования свойств 2D-материалов разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Университета Глазго, 22 марта сообщает пресс-служба ТПУ.

Исследователи модифицировали поверхность многослойных пленок из теллурида молибдена (MoTe₂) с помощью солей иодония, что позволяет увеличить срок службы материала, широко используемого в производстве электронных сенсоров, сенсоров для поверхностной Рамановской спектроскопии, а также других электронных устройствах из-за его уникальных свойства — маленькой ширины запрещенной зоны.

Для усовершенствования свойств пленок MoTe₂ ученые использовали ковалентные методы модификации поверхности, которые образуют прочную ковалентную связь, что позволяет синтезировать более стабильные покрытия. В качестве источника функциональных групп впервые были применены соли иодония.

Один из руководителей исследований, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова рассказала:

«Управление функциональными свойствами поверхностей двухмерных материалов открывает широкие возможности для будущих разработок в этих направлениях. Даже незначительные изменения в состояниях многослойной поверхности могут оказать существенное влияние на их электронную структуру и, как следствие, свойства. Химическая ковалентная модификация в данном случае является наиболее перспективным методом для внесения таких изменений в свойства поверхности».

Соли иодония относятся к классу органических соединений и имеют ковалентную полярную связь атома углерода с атомом или группой атомов иода. Являясь более «мягкими» и управляемыми агентами для химической модификации по сравнению с другими, они дают возможность регулировать их реакционную способность, чтобы не допустить разрушения тонких пленок.

В процессе функционализации солей иодония генерируется активный радикал, «атакующий» поверхность пленки MoTe₂ и присоединяется к атомам теллура.

«Пленки из теллурида молибдена могут находиться в двух состояниях: одна из модификаций — полуметаллическая, вторая — полупроводниковая. В ходе исследования мы выяснили, что в первом случае функционализация солями иодония проходит по „сценарию“ металла, т. е. спонтанно, так как металлоподобные соединения способны отдавать электрон органической молекуле. Это провоцирует генерацию радикалов, которые потом присоединяются к поверхности. В случае с полупроводниковой модификацией спонтанная функционализация уже не реализуется», — сообщил доцент ТПУ Павел Постников.

Для запуска процесса модификации нужна дополнительная энергия, в качестве которой использовался свет. Ольга Гусельникова пояснила, что энергия света соотносилась с шириной запрещенной зоны проводника и исследователи установили, «какую минимальную энергию нужно приложить к процессу, чтобы провести функционализацию».

В экспериментальных исследованиях пленку погружали в предварительно приготовленный раствор соли иодония в органических растворителях. Для проведения полупроводниковой модификацией сверху дополнительно проводилось освещение источником с определенной длиной волны.

Реакция протекает с удалением оксида из исходных пленок теллурида молибдена с образованием функционализированных продуктов, которые остаются защищенными в условиях окружающей среды, представляя решение проблемы старения MoTe₂ на воздухе и увеличения срока службы изделий, в которых он используется.

Как пишут исследователи в статье о результатах проделанной работы, опубликованной в журнале Materials Today Chemistry, ковалентная функционализация двумерных материалов открывает новые направления в селективной настройке химических, оптических и электронных свойств MoTe2.