Специалисты НИЯУ 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.
Фотогенерация компонентов солнечного топлива расщеплением воды с применением нанокатализаторов на основе дихалькогенидов переходных металлов
«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 специалист в области импульсного лазерного осаждения тонких пленок и наноструктур, инженер Института ЛаПлаз 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 МоОх 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)SxSe2-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.