Исследователи из Graphene Flagship, работающие в центре AMBER в Тринити-колледже Дублина, Ирландия, в сотрудничестве с исследователями из Университета Зигена, Германия, и Венского университета, Австрия, продемонстрировали сверхбыстрые и высокочувствительные датчики газа с использованием селенида платины (PtSe2). Этот материал — дихалькогенид переходного металла (TMD) — имеет многообещающий потенциал в различных областях наноэлектроники, включая оптоэлектронику и зондирование. Это исследование, опубликованное в ACS Nano, демонстрирует потенциал PtSe2 в ряде приложений и представляет этот малоизученный материал как отличного кандидата для дальнейших исследований.
Новый TMD был создан с использованием метода преобразования металла, в котором тонкая пленка платины превращается в PtSe2 путем термической конверсии в парах селена при 400 ° C. PtSe2 теперь присоединяется к растущему классу стабильных TMD. Георг Дюсберг из Тринити-колледжа Дублина является главным исследователем исследования.
Он сказал: «Мы провели предварительное исследование материалов, чтобы проверить несколько различных комбинаций материалов. Преобразование металлов полезно в поисках новых материалов, потому что это просто сделать. Из других сочетаний, которые работали, многие сразу окислялись, поэтому они не были стабильными. Нам очень повезло, что мы нашли золотую середину с этим материалом и смогли синтезировать его в больших масштабах."
Одним из преимуществ PtSe2 является метод изготовления, совместимый с производством кремниевых чипов. «Мы выращиваем PtSe2 при 400 ° C, что делает его потенциально пригодным для так называемой внутренней обработки (BEOL). Это означает, что его можно комбинировать с существующими архитектурами устройств для добавления новых функций », — сказал Найл МакЭвой, исследователь из Тринити-колледжа в Дублине, который проводил эксперименты по росту.
Обработка BEOL происходит после фактического изготовления интегральных схем кремниевого чипа. Очень важно, чтобы температура была ниже 450 ° C, чтобы сохранить функциональность интегральной схемы. «Это очень интересно с точки зрения стремления флагмана к промышленному применению», — добавил Дюсберг. "Это потенциально может быть выращено на вершине чипа.
Вы можете представить себе использование этого материала для Интернета вещей, датчиков и т. Д."
Чтобы продемонстрировать возможные применения нового материала, исследователи проверили его способность определять NO2. «Все наши отечественные материалы проходят испытания как датчики газа. PtSe2 показал отличные результаты, высокую чувствительность, отличное время отклика и почти полное восстановление », — сказал Канго Ли, исследователь из Тринити-колледжа в Дублине, который проводил эксперименты по обнаружению газа. Молекулы газа, адсорбированные на поверхности PtSe2, изменяют его проводимость, уменьшая сопротивление.
Исследователи обнаружили, что PtSe2 имеет чрезвычайно высокую чувствительность, измеряя 100 частей на миллиард NO2 при комнатной температуре. Датчик также очень быстро реагировал на газ — обнаруживая небольшое количество газа всего за секунды — и полностью восстанавливаясь в течение минуты, когда восстанавливалась инертная атмосфера.
Для коммерческих измерительных приложений датчик должен реагировать только на определенные газы, чтобы можно было отслеживать изменения условий окружающей среды. МакЭвой оптимистично настроен в отношении того, что PtSe2 можно обработать для получения необходимых свойств избирательного зондирования. «С некоторыми дополнительными этапами обработки, чтобы обеспечить селективность, PtSe2 потенциально может быть использован в широком спектре промышленных приложений химического зондирования», — сказал он.
Потенциальным путем к избирательному зондированию может быть добавление химических групп, которые реагируют на выбранный газ.