إن تصور العيوب الهيكلية بشكل مباشر في أشباه الموصلات على نطاقات كبيرة ليس بالمهمة السهلة. تقتصر تقنيات الفحص المجهري الرئيسية على مجالات الرؤية التي تقيس بضع عشرات من النانومترات ، وتتطلب فراغًا عاليًا للغاية ودرجات حرارة منخفضة للغاية وتحضيرًا معقدًا للعينات وإعدادات معقدة تجعلها غير عملية للعديد من المهام. الآن ، طور باحثون في الأكاديمية الصينية للعلوم في بكين بديلًا بسيطًا وغير جراحي: تقنية النقش الرطب التي يزعمون أنها يمكن أن تحسن أداء الأجهزة الإلكترونية من خلال تسهيل فهم خصائصها الميكانيكية والكهربائية والبصرية.
بقيادة قوانغيو تشانغ ل مختبر بكين الوطني لفيزياء المواد المكثفة و معمل مواد سونغشان ليك في Dongguan ، طور الفريق الطريقة كطريقة أبسط لتصور العيوب الهيكلية في شبه موصل نموذجي ثنائي الأبعاد (2D) ، ثنائي كبريتيد الموليبدينوم أحادي الطبقة (ML-MoS)2). في العمل ، استخدم الباحثون عملية الحفر الرطب التي وسعت العيوب الهيكلية في أشباه الموصلات من الأحجام النانوية إلى الأحجام الدقيقة ، مما يسهل ملاحظة العيوب تحت المجهر الضوئي أو مجهر القوة الذرية (AFM). تتضمن عملية التنميش تطبيق محلول من هيبوكلوريت الكالسيوم بنسبة 2٪ بالوزن على المادة لمدة 20 ثانية في درجة حرارة الغرفة ، ولأن العيوب تتفاعل نسبيًا مع العلاجات الكيميائية ، فإن العملية تؤثر فقط على المواقع التالفة ، تاركة مناطق أخرى من ML- MoS2 شعرية سليمة.
حفر وخنادق مثلثة
بعد جعل العيوب أكبر ، قال الباحثون إنهم تمكنوا من ملاحظة عيوب النقطة 0D (مثل الفراغات الكبريتية) وحدود الحبوب 1D التي تحولت إلى حفر وخنادق مثلثة ، على التوالي ، في أنواع مختلفة من ML-MoS2. كانت هذه MoS مقشرة ميكانيكيا2، ML-MoS المزروعة بأمراض القلب والأوعية الدموية2، ومجال واحد و ML-MoS الذي ينمو بأمراض القلب والأوعية الدموية2 أفلام ذات حجم حبيبات صغيرة وكبيرة.
بلغ عدد الحفر المثلثية الحد الأقصى بعد 200 ثانية تقريبًا. وفقًا لـ Zhang وزملاؤه ، يشير هذا إلى أن عملية الحفر بواسطة أيونات الهيبوكلوريت تبدأ في مواقع الخلل المتأصلة ولا تولد عيوبًا جديدة ، على عكس تقنيات النقش الانتقائي الحالية. ويقولون إن الزيادة في عدد الحفر بمرور الوقت قد تنجم عن التفاعل الكيميائي المختلف للعيوب المختلفة.
تقنية عامة لتصور العيوب بشكل مباشر
MOS2 ينتمي إلى فئة من المواد تسمى ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية ثنائية الأبعاد (2D - TMDs) ، ويقول الباحثون أن محلول هيبوكلوريت الكالسيوم يمكن استخدامه أيضًا لحفر مواد أخرى من هذا النوع مثل WSe2، وزارة التربية والتعليم2، و WS2. "يشير هذا إلى أن طريقتنا هي تقنية عامة لتصور العيوب بشكل مباشر في 2D-TMDs ولديها القدرة على تطبيقها على أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد الأخرى ،" يقول Zhang.
تسلط حسابات المبادئ الأولى الضوء على عيوب أشباه الموصلات
ويضيف قائلاً: "يمكن لطريقتنا البسيطة وغير الغازية أن تتخيل بشكل مباشر العيوب الهيكلية في أجهزة TMD ثنائية الأبعاد على نطاق واسع". باستخدام تقنية الحفر هذه ، قام الفريق بالتحقيق في العيوب الجوهرية لأربعة أنواع من ML-MoS2الأفلام ووجدوا أن ML-MoS المزروعة بأمراض القلب والأوعية الدموية2مجال واحد و ML-MoS2الأفلام ذات الحجم الحبيبي الكبير لها أقل كثافة للعيوب. وقد مكن ذلك الباحثين من فهم العلاقة بين العيوب الهيكلية والأداء.
"القدرة على توجيه التصور للعيوب الهيكلية في أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد على نطاق واسع بهذه الطريقة تسمح لنا بتقييم جودة العينة ويمكن أن تساعدنا في توجيهنا نحو نمو الرقائق عالي الجودة" ، كما يقول عالم الفيزياء. ويضيف أنه يجعل من الممكن أيضًا تحديد العلاقات بين بنية المادة وأدائها ، وبالتالي تطوير أجهزة ثنائية الأبعاد عالية الأداء نحو تطبيقات عملية.
تم نشر التفاصيل الكاملة للبحث في الفيزياء الصينية ب.
