Kolejny ważny krok w badaniach nad materiałami dwuwymiarowymi. Dr inż. Jakub Sitek wraz z międzynarodową grupą badaczy opracował nową metodę, która otwiera drzwi do masowej produkcji urządzeń opartych na materiałach 2D.

W centrum uwagi dr. Sitka znalazły się heterostruktury van der Waalsa, „kanapki” łączące różne rodzaje materiałów dwuwymiarowych, które umożliwiają wytwarzanie zaawansowanych urządzeń elektronicznych opartych na materiałach 2D. Już niedługo znajdziemy je m.in. w nieulotnych pamięciach flash, diodach elektroluminescencyjnych czy czujnikach gazów.

Obecnie większość urządzeń opartych na materiałach 2D jest wytwarzana metodą eksfoliacji powodującą defekty i zanieczyszczenia w warstwach, co ogranicza wydajność urządzeń elektronicznych. Eksfoliacja nie pozwala w dodatku na skalowanie, co z punktu widzenia przemysłu jest olbrzymim ograniczeniem. Wyzwanie stanowi więc dobór takich metod wytwarzania heterostruktur, które zapewnią skalowalność i powtarzalność, a przy tym pozwolą na modyfikowanie wybranych części podłoża – wszystko po to, by zredukować liczbę operacji technologicznych prowadzących do różnorodnych skaz.

– Nasz zespół opracował metodę selektywnego wytwarzania heterostruktur van der Waalsa poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej za pomocą napromieniowania wiązką elektronów – mówi dr Sitek. – Proces polega na naświetleniu podłoża, np. grafenu, za pomocą bardzo silnej wiązki elektronów. Elektrony modyfikują podłoże i jednocześnie nasycają go ładunkiem elektrycznym. Następnie na tym naświetlony podłożu wzrastamy kolejną warstwę materiałów 2D, np. półprzewodników takich jak siarczek wolframu WS₂ – opisuje technologię nasz badacz. – Jednak najciekawsze w tej metodzie jest to, że możemy sterować tym, jaki skutek ma naświetlenie podłoża. Jeżeli podłoże jest „starzone”, to w miejscach naświetlonych rośnie kolejna warstwa, a jeśli jest ono „świeże”, to wzrost jest zablokowany w miejscach naświetlonych, co otwiera zupełnie nowe możliwości dla przemysłu – dodaje naukowiec.

Metoda jest na tyle innowacyjna, że została zgłoszona jako patent międzynarodowy (nr PCT/PL2023/050013). Jego autorami są dr inż. Jakub Sitek oraz dr inż. Karolina Czerniak-Łosiewicz, oboje z grupy badawczej prof. Mariusza Zdrojka. Nasi badacze planują komercjalizację swojego wynalazku i będą się ubiegać o finansowanie Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Proof of Concept. Wynikami mogą być zainteresowane największe firmy technologiczne, jak np. Intel, który rozpoczął prace nad podobnymi metodami.

Artykuł Selective Growth of van der Waals Heterostructures Enabled by Electron-Beam Irradiation jest dostępny na stronie https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c02892 (J. Sitek, K. Czerniak-Łosiewicz, A.P. Gertych, M. Giza, P. Dąbrowski, M. Rogala, K. Wilczyński, A. Kaleta, S. Kret, B.R. Conran, X. Wang, C. McAleese, M. Macha, A. Radenović, M. Zdrojek, I. Pasternak, W. Strupiński)

Badania zrealizowano dzięki finansowaniu z EU Graphene Flagship oraz grantów PRELUDIUM NCN.