Последние работы ученых из Австралии показали, что двумерные пленки дисульфида молибдена могут выступать в роли амбиполярных полевых транзисторов с высокой подвижностью свободных носителей заряда при комнатной температуре. Исследователи отмечают, что им удалось впервые получить высокую подвижность свободных зарядов у амбиполярных транзисторов на основе тонких пленок. Этот результат в будущем может пригодиться для создания гибких прозрачных дисплеев и других электронных, а также оптоэлектронных устройств.

Двумерные материалы, в частности, дисульфид молибдена, разительно отличаются по своим механическим и электронным свойствам от трехмерных аналогов. За счет этого двумерные материалы могут найти применение в целом ряде новых приложений и устройств. До сих пор, однако, большинство исследований в этой области было сосредоточено вокруг графена, имеющего двумерную гексагональную кристаллическую решетку из атомов углерода.

Графен обладает поистине уникальными свойствами, однако, проблема этого материала заключается в том, что у него отсутствует запрещенная зона для носителей заряда. Таким образом, устройства, выполненные из графена, не могут быть достаточно легко переведены в «выключенное» состояние (что ставит под сомнение возможность использования не модифицированного графена в электронике).

Двумерный дисульфид молибдена, в отличие от графена, имеет прямую запрещенную зону шириной 1,9 эВ. На фоне углеродного аналога это значительное преимущество, поскольку запрещенная зона позволяет использовать материал для создания оптоэлектронных и фотонных устройств.

Основываясь на этой идее, группа ученых из Monash University (Австралия) создала полевой транзистор на основе двумерных листов дисульфида молибдена, механически отделенных от ископаемых кристаллов (стоит отметить, что такой метод также применяется для получения графена).

Ноу-хау работы ученых заключалось в том, что они использовали в качестве субстрата толстый полимер (PMMA), значительно повышающий мобильность свободных носителей заряда в материале.

Таким образом, ученым удалось добиться подвижности в 480 кв. см/В*с, причем, как для электронов, так и для дырок проводимости. Подобное амбиполярное поведение предполагает, что двумерные листы дисульфида молибдена могут демонстрировать как n-, так и p-свойства в рамках одного устройства.

Стоит отметить, что ранее на экспериментах другой научной группы уже была зафиксирована даже большая подвижность зарядов для дисульфида молибдена. Однако сейчас полученные результаты подвергаются сомнению. Чтобы показать правдивость своей работы, австралийские ученые использовали специальную технику измерения подвижности, не подвергающуюся критике коллег.

Исследователи считают, что

предложенная ими конструкция устройств в будущем может найти применение в самых разнообразных отраслях, в частности, там, где кремний не решает всех поставленных задач, к примеру, при производстве гибких прозрачных дисплеев. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

В настоящее время ученые заняты выращиванием высококачественной пленки дисульфида молибдена большой площади. Одновременно исследователи экспериментируют с толщиной устройства. Поскольку свойства материала в значительной степени зависят от его толщины, ученые считают, что такие исследования могут расширить сферу потенциального применения дисульфида молибдена. Команда также рассчитывает изучить электронные свойства других материалов, похожих по своей структуре на дисульфид молибдена.