تیمی تحقیقاتی در آزمایشگاه نانو الکتریک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران (خانم مهرناز اسفندیاری، آقای صادق کمایی و خانم مونا رجبعلی) با سرپرستی آقای دکتر سید شمس الدین مهاجرزاده از اساتید و اعضای هیئت علمی دانشکده، در طرحی پژوهشی، روشی نوین در لایه روبی در فاز مایع مواد دو بعدی معرفی کرده‌اند که به موجب آن امکان اتصال و دوخت صفحات کوچک مواد دوبعدی به یکدیگر و ایجاد صفحاتی با ابعاد ۱۰-۱۵ میکرومتر فراهم شده است

طی چند دهه گذشته و همزمان با کوچک شدن ترانزیستورها و مشکلات حاصل از این تغییر که مانع از تداوم این توسعه در صنعت شد و همچنین چالش‌های شیوه‌های مرسوم ساخت بالا به پایین افزاره‌ها در رژیم نانو، به کارگیری مواد دو بعدی، به‌عنوان عضو جدید خانواده‌ی بزرگ افزاره‌های نیمه‌هادی، اجتناب ناپذیر گشت.

روش‌های متنوعی جهت سنتز این صفحات دو بعدی معرفی شده است که در میان آن‌ها لایه برداری در فاز مایع (liquid exfoliation) روشی آسان وکم هزینه با بازدهی بسیار بالا می‌باشد؛ در این روش لایه‌های تکی، به‌راحتی و با شکستن پیوند واندروالس مابین لایه‌ها و با اعمال خسارتی ناچیز به لایه‌ی به جا مانده و یا برداشته شده، بدست می‌آیند. گرچه این روش مزایای زیادی دارد اما از معایب آن می‌توان به ایجاد صفحات ماده دوبعدی در ابعاد کوچک و حداکثر در ابعاد چند صد نانومتر اشاره کرد.

به همین دلیل این تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه نانو الکتریک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، برای اولین بار در دنیا در این آزمایشگاه روشی نوین در لایه روبی در فاز مایع مواد دو بعدی ابداع کرده‌اند که در آن با استفاده از کوانتوم دات اکسید قلع امکان اتصال و دوخت صفحات کوچک مواد دوبعدی به یکدیگر و ایجاد صفحاتی بزرگ تر و با ابعاد ۱۰-۱۵ میکرومتر فراهم شده است

این روش نتیجه‌ی به‌کارگیری پلاسمای اکسیژن پیش از لایه­روبی و استفاده از کوانتوم دات SnO₂ به طورهم‌زمان است که منجر به ایجاد صفحات به‌نسبت نازک و بسیار بزرگ شد که ابعاد آن‌ها قابل مقایسه با روش­های پر هزینه و پیچیده­ای همچون رشد بخار شیمیایی است. (با این روش صفحاتی تا چند صد ماکرومتر را هم می‌توان تولید کرد اما به طور متوسط ۱۵ ماکرومتر را برای ابعاد صفحات تولید شده در نظر می‌گیرند.)

علاوه بر این، محققان این پژوهش توانستند با این روش و همچنین پیشنهاد استفاده از پلاسمای SF₆، دوپینگ ماده دوبعدی تنگستن دی سولفات را از نوع ذاتی n به p به صورت غیر مخرب تغییر دهند. با استفاده از این استراتژی بر یکی از محدودیت‌های اصلی صفحات دوبعدی که هدایت تک قطبی نوع n آن‌ها است فایق آمده و به کارگیری این مواد را در ترانزیستورهای مدارات مجتمع CMOS  و ادوات اپتیکی تسهیل بخشیده­اند.

لازم به ذکر است پاسخ الکتریکی و موبیلتی بالای ترانزیستورهای ساخته شده با صفحات سنتز شده با این روش، نشانگر کیفیت صفحات تولیدی و رقابت‌پذیری آن با صفحات تولید شده به روش CVD است.

همه مواد و تجهیزات به کار رفته در این پژوهش، از آزمایشگاه لایه نازک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران استخراج شده و نتایج آن در نشریه معتبر2d material  به چاپ رسیده است؛ روش این پژوهش می‌تواند برای سایر مواد دو بعدی نیز استفاده گردد که انقلابی در ایجاد صفحات دو بعدی به روش لایه برداری در فاز مایع ایجاد خواهد کرد.

لینک مقاله : https://doi.org/10.1088/2053-1583/abd6b2