Специалисты Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» получили ряд многослойных ультратонких пленок, которые могут стать основой электроники и энергетики будущего. Результат достигнут благодаря исследованиям, выявившим определяющие условия термохимического синтеза гетероструктур на основе дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) MoS₂, WS₂, MoSe₂ и WSe₂.

Одновременно, на поверхности таких нано-кристаллов могут реализоваться условия для расщепления молекул воды на водород и кислород. Это делает ультратонкие ДПМ-пленки перспективными в фото-электрокатализе и создании множества современных оптоэлектронных приборов — от фотодетекторов до фотовольтаических преобразователей.

© Фото : Дмитрий Фоминский

«Формировать многослойную пленку важно, подобрав условия создания отдельных слоев ДПМ, которые не вызовут нарушений в предварительно нанесенном тонкопленочном слое из другого ДПМ-материала. Мы исследовали условия получения качественных ультратонких пленок ДПМ методом термохимической обработки металлических и металлооксидных тонкопленочных прекурсоров Mo и W в парах серы или селена, а также в атмосфере сероводорода», — сообщил РИА Новости специалист в области импульсного лазерного осаждения тонких пленок и наноструктур, инженер НИЯУ МИФИ Дмитрий Фоминский.

По его словам, полученные пленки изучались комбинацией современных методов: просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Они показали, что превращение Мо-содержащей пленки в парах серы или сероводорода зависело от химического состояния исходного прекурсора, созданного методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО).

Использование ИЛО позволило подготовить тонкую пленку – «затравку», с заданной толщиной и химическим составом. Это помогло ученым определить условия эффективного сульфидирования пленок Мо и МоО_х для получения ультратонких пленок MoS₂ при температурах ниже 500°С.

«Мы также получили пленки диселенидов переходных металлов, в частности, диселенида вольфрама. с достаточно совершенной кристаллической 2Н-решеткой. Таким образом, открывается возможность получения ультратонких полупроводниковых пленок типа Mo(W)S_xSe_2-x, полезные свойства которых регулируются концентрацией металлов (W/Mo) и халькогенов (S/Se)» – рассказал Дмитрий Фоминский.

Авторы представили результаты исследования на 16-ой Международной школе-конференции «Новые материалы: Толерантное ядерное топливо». Они отмечают, что технологические и температурные «окна» формирования сульфидов молибдена и селенида вольфрама во многом перекрываются. Однако, как указывают специалисты НИЯУ МИФИ – используя различные (металлические, металлооксидные) прекурсоры и халькогено-содержащие активные среды, можно подобрать те условия, которых требует получение ультратонких пленок с заданными структурными и химическими характеристиками.

Поскольку пленки способны выступать фотокатализаторами – в будущем это поможет эффективнее получать компоненты солнечного топлива (водорода и кислорода) из воды, без использования дорогостоящих материалов платиновой группы.