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Jun 29, 2023

Capacitando a eletrônica avançada com materiais em camadas e ampla

O carboneto de silício (SiC) e os nitretos do grupo III (GaN, AlN, InN e suas ligas) desempenham um papel crucial na conversão de energia com eficiência energética, na eletrônica de alta frequência e na optoeletrônica. Ao combinar o

O carboneto de silício (SiC) e os nitretos do grupo III (GaN, AlN, InN e suas ligas) desempenham um papel crucial na conversão de energia com eficiência energética, na eletrônica de alta frequência e na optoeletrônica. Ao combinar a tecnologia madura desses semicondutores de banda larga com as propriedades excepcionais de materiais 2D, como grafeno e dichalcogenetos de metais de transição (especificamente dissulfeto de molibdênio (MoS2)), os pesquisadores podem desenvolver diodos e transistores ultrarrápidos.

De abril de 2020 a março de 2023, investigadores do CNR-IMM (Itália), CNRS-CRHEA (França), IEE-SAS (Eslováquia), MFA-EK (Hungria) e da Universidade de Palermo (Itália) colaboraram no FLAG- Projeto ERA ETMOS para construção de dispositivos conceituais baseados em MoS2, SiC e nitreto de gálio (GaN).

O destaque do projeto ETMOS foi o desenvolvimento de diodos de heterojunção MoS2/SiC e MoS2/GaN com excelentes propriedades de retificação. A injeção de corrente ajustável foi obtida adaptando a dopagem de superfícies MoS2 ou SiC (GaN) [1,2,3].

Dado o elevado potencial de aplicação desta investigação no domínio da electrónica de alta potência e alta frequência, a empresa italiana STMicroelectronics embarcou, resultando em dois pedidos de patente nos EUA, partilhados entre CNR e STMicroelectronics, sobre díodos e transístores avançados baseados na combinação de MoS2 com SiC [4] e GaN [5].

Para construir tais estruturas, a equipe explorou diferentes metodologias, incluindo deposição química de vapor (CVD) de etapa única e dupla (CVD) [1,2,6], deposição de laser pulsado (PLD) [3], epitaxia por feixe molecular (MBE) e esfoliação avançada. / métodos de transferência [7,8,9]. Os pesquisadores também avaliaram vários protocolos de caracterização, baseados na combinação de micro-Raman, microscopia de força atômica (AFM/AFM condutiva) e microscópios eletrônicos de transmissão de resolução atômica, para avaliar o número de camadas, dopagem, deformação de MoS2 e a corrente injeção em heterojunções MoS2 com SiC e GaN.

O projeto ETMOS tem divulgado ativamente os seus resultados científicos através de vários meios, incluindo a publicação deles em revistas de acesso aberto com revisão por pares, a participação em conferências internacionais e a organização de um simpósio na European Materials Research Society (EMRS) Fall Meeting 2022.

“A integração de materiais 2D fornece novas funcionalidades para SiC e GaN, ampliando a gama de aplicações potenciais desses semicondutores de banda larga. Espero que novas oportunidades de mercado sejam abertas por esta tecnologia”, afirma Filippo Giannazzo, Diretor de Pesquisa do CNR-IMM.

Referências

Densidade de corrente versus polarização característica de um diodo de heterojunção MoS2/4H-SiC, mostrando excelente comportamento de retificação. Imagem adaptada da Ref.[3]. Direitos autorais Wiley, 2023.

(a) AFM, (b) Micro-Raman e caracterização STEM de resolução atômica de filmes monocamada MoS2 cultivados em GaN. Imagem adaptada da Ref.[2]. Direitos autorais Elsevier, 2023.

Escritor científico e coordenador da iniciativa 'Diversidade no Grafeno'.

Densidade de corrente versus polarização característica de um diodo de heterojunção MoS2/4H-SiC, mostrando excelente comportamento de retificação. Imagem adaptada da Ref.[3]. Direitos autorais Wiley, 2023.

(a) AFM, (b) Micro-Raman e caracterização STEM de resolução atômica de filmes monocamada MoS2 cultivados em GaN. Imagem adaptada da Ref.[2]. Direitos autorais Elsevier, 2023.

Escritor científico e coordenador da iniciativa 'Diversidade no Grafeno'.