Junta libre de transferencias obtenida mediante deposición de vapor químico. Crédito: Sathvik Iyengar / Universidad de Rice
Un equipo de científicos de materiales de la Universidad de Rice ha desarrollado una nueva forma de cultivar semiconductores ultrafinados directamente en componentes electrónicos.
El método, descrito en un estudio publicado En los materiales electrónicos aplicados con ACS, podría ayudar a optimizar la integración de materiales bidimensionales en electrónica de próxima generación, computación neuromórfica y otras tecnologías que exigen semiconductores de alta velocidad ultrafina.
Los investigadores utilizaron la deposición química de vapor (CVD) para cultivar el deselenuro de tungsteno, un semiconductor 2D, directamente sobre electrodos de oro estampados. Luego demostraron el enfoque al construir un transistor funcional de prueba de concepto. A diferencia de las técnicas convencionales que requieren transferir películas 2D frágiles de una superficie a otra, el método del equipo de arroz elimina el proceso de transferencia por completo.
“Esta es la primera demostración de un método sin transferencias para hacer crecer dispositivos 2D”, dijo Sathvik Ajay Iyengar, estudiante de doctorado en Rice y primer autor en el estudio junto con el alumno doctoral de Rice Lucas Sassi. “Este es un paso sólido hacia la reducción de las temperaturas de procesamiento y hacer un proceso de integración de semiconductores 2D sin transferencias posible”.
El descubrimiento comenzó con una observación inesperada durante un experimento de rutina.
“Recibimos una muestra de un colaborador que tenía marcadores de oro estampados”, dijo Sassi. “Durante el crecimiento de CVD, el material 2D se formó inesperadamente predominantemente en la superficie de oro. Este sorprendente resultado provocó la idea de que al modelar deliberadamente los contactos de metal, podríamos guiar el crecimiento de semiconductores 2D directamente a través de ellos”.
Los semiconductores son fundamentales para la computación moderna, y a medida que la industria se compone hacia componentes más pequeños, más rápidos y más eficientes, la integración de materiales de mayor rendimiento y delgados como el diselenuro de tungsteno es una prioridad creciente.
La fabricación convencional del dispositivo requiere el crecimiento del semiconductor 2D por separado, generalmente a temperaturas muy altas, luego transfiriéndolo utilizando una serie de pasos. Mientras que los materiales 2D prometen superar al silicio en ciertas métricas, convertir su promesa a escala de laboratorio en aplicaciones relevantes para la industria ha resultado difícil, en gran parte debido a la fragilidad de los materiales durante el proceso de transferencia.
“El proceso de transferencia puede degradar el material y dañar su rendimiento”, dijo Iyengar, quien forma parte del grupo de investigación de Pulickel Ajayan en Rice.
El equipo de arroz optimizó los materiales precursores para reducir la temperatura de síntesis del semiconductor 2D y demostró que crece de manera controlada y direccional.
“Comprender cómo estos semiconductores 2D interactúan con los metales, especialmente cuando se cultivan in situ, es realmente valioso para la fabricación y escalabilidad futura de dispositivos”, dijo Ajayan, Profesor de Ingeniería de Ingeniería y Nanoengineización de la Ingeniería de los Materiales de Benjamin M. y Mary Greenwood de Mary Greenwood.
Utilizando herramientas avanzadas de imágenes y análisis químicos, el equipo confirmó que el método conserva la integridad de los contactos de metal, que son vulnerables a daños a altas temperaturas.
“Gran parte de nuestro trabajo en este proyecto se centró en demostrar que el sistema de materiales aún está intacto”, dijo Iyengar. “Estamos bien equipados aquí en Rice para estudiar la química que continúa en este proceso en un grado muy fino. Ver lo que sucede en la interfaz entre estos materiales fue un gran motivador para la investigación”.
El éxito del método radica en la fuerte interacción entre el metal y el material 2D durante el crecimiento, señaló Sassi.
“La ausencia de métodos confiables y sin transferencias para cultivar semiconductores 2D ha sido una barrera importante para su integración en la electrónica práctica”, dijo. “Este trabajo podría desbloquear nuevas oportunidades para usar materiales atómicamente delgados en transistores de próxima generación, células solares y otras tecnologías electrónicas”.
Además de los desafíos con el proceso de fabricación, otro obstáculo clave en el diseño de semiconductores 2D es la calidad de los contactos eléctricos, que implica no solo bajas barreras de energía, sino también un rendimiento estable y duradero, escalabilidad y compatibilidad con una amplia gama de materiales.
“Un enfoque de crecimiento in situ nos permite combinar varias estrategias para lograr una calidad de contacto mejorada simultáneamente”, dijo Anand Puthirath, un autor co-correspondiente del estudio y ex científico investigador de Rice.
El proyecto fue provocado por una pregunta planteada durante una iniciativa de investigación entre Estados Unidos y India: ¿podría un proceso de fabricación de semiconductores para materiales 2D desarrollarse con un presupuesto limitado?
“Esto comenzó a través de nuestra colaboración con Partners in India”, dijo Iyengar, quien es miembro de la Sociedad de Japón para la Promoción de la Ciencia y un receptor inaugural de Quad Fellowship, un programa lanzado por los gobiernos de los EE. UU., India, Australia y Japón para apoyar a los primeros científicos de carrera en la exploración de la ciencia, la política y la diplomacia se cruzan en la etapa global. “Mostró cómo las asociaciones internacionales pueden ayudar a identificar restricciones prácticas e inspirar nuevos enfoques que funcionen en entornos de investigación globales”.
Junto con un par de sus compañeros en la cohorte de Fellowship Quad, es coautor de Iyengar un artículo abogar por “la necesidad de experiencia en la intersección de STEM y diplomacia”.
“Un mayor compromiso entre los científicos y los formuladores de políticas es fundamental para garantizar que los avances científicos se traduzcan en políticas procesables que benefician a la sociedad en su conjunto”, dijo Iyengar. “La ciencia de los materiales es una de las áreas de investigación en las que la colaboración internacional podría resultar invaluable, especialmente dadas limitaciones como el suministro limitado de minerales críticos y las interrupciones de la cadena de suministro”.
Más información: Lucas M. Sassi et al, Comprensión mecanicista y demostración de la deposición de vapor químico directo de dicalcogenuros de metal de transición a través de contactos metálicos, ACS aplicados por materiales electrónicos (2025). Doi: 10.1021/acsaelm.5c00828
Proporcionado por la Universidad de Rice
Cita: el crecimiento de los semiconductores ultrafins directamente en la electrónica podría eliminar un paso de fabricación frágil (2025, agosto) Recuperado el 20 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-ulltrathin-semiconductors-fragile.html
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