Langrækkende halvlederdefekter kommer til syne

Direkte visualisering af strukturelle defekter i halvledere i stor skala er ingen nem opgave. De vigtigste mikroskopiteknikker er begrænset til synsfelter, der kun måler nogle få snese nanometer, og de kræver ultrahøjt vakuum, ultralave temperaturer, kompliceret prøveforberedelse og komplekse opsætninger, der gør dem upraktiske til mange opgaver. Nu har forskere ved det kinesiske videnskabsakademi i Beijing udviklet et simpelt og ikke-invasivt alternativ: en vådætsningsteknik, som de hævder kunne forbedre ydeevnen af ​​elektroniske enheder ved at gøre det lettere at forstå deres mekaniske, elektriske og optiske egenskaber.

Anført af Guangyu Zhang af Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics og Songshan-Lake Materials Laboratory i Dongguan udviklede holdet metoden som en enklere måde at visualisere strukturelle defekter i en typisk todimensionel (2D) halvleder, monolag molybdændisulfid (ML–MoS)₂). I arbejdet brugte forskerne en vådætsningsproces, der forstørrede de strukturelle defekter i halvlederen fra nano- til mikrostørrelser, hvilket gjorde defekterne lettere at observere under et optisk mikroskop eller atomic force microscope (AFM). Ætseprocessen involverer påføring af en opløsning af 2 vægtprocent calciumhypochlorit på materialet i 20 sekunder ved stuetemperatur, og fordi defekterne er relativt reaktive over for kemiske behandlinger, påvirker processen kun de defekte steder og efterlader andre områder af ML- MoS₂ gitteret intakt.

Trekantede gruber og skyttegrave

Efter at have gjort defekterne større, siger forskerne, at de var i stand til at observere 0D punktdefekter (såsom svovl ledige stillinger) og 1D korngrænser, der transformerede sig til henholdsvis trekantede gruber og skyttegrave i forskellige typer ML-MoS₂. Disse var mekanisk eksfolierede MoS₂, CVD-dyrket ML–MoS₂, enkelt domæne og CVD-dyrket ML–MoS₂ film med lille og stor kornstørrelse.

Antallet af trekantede gruber nåede deres maksimum efter cirka 200 sekunder. Ifølge Zhang og kolleger indikerer dette, at ætsningsprocessen med hypochloritioner starter på iboende defektsteder og ikke genererer nye defekter, i modsætning til eksisterende selektive ætsningsteknikker. Stigningen i antallet af gruber over tid kan stamme fra forskellige defekters forskellige kemiske reaktivitet, siger de.

Generel teknik til direkte visualisering af defekter

ikke₂ tilhører en klasse af materialer kaldet 2D transition metal dichalcogenides (2D–TMDs), og forskerne siger, at deres calciumhypochloritopløsning også kan bruges til at ætse andre materialer af denne type såsom WSe₂, MoSe₂og WS₂. "Dette indikerer, at vores metode er en generel teknik til direkte visualisering af defekter i 2D-TMD'er og har potentiale til at blive anvendt på andre 2D-halvledere," siger Zhang.

"Vores enkle og ikke-invasive metode kan direkte visualisere de strukturelle defekter i 2D-TMD'er i stor skala," tilføjer han. Ved at bruge denne ætseteknik undersøgte holdet de iboende defekter ved fire typer ML-MoS₂film og fandt ud af, at CVD-dyrket ML–MoS₂enkelt domæne og ML–MoS₂film med stor kornstørrelse har den laveste defekttæthed. Dette gjorde det muligt for forskerne at forstå sammenhængen mellem strukturelle defekter og ydeevne.

"At være i stand til at dirigere visualisering af de strukturelle defekter i 2D-halvledere i stor skala på denne måde giver os mulighed for at vurdere prøvekvaliteten og kan hjælpe med at guide os mod højkvalitets wafervækst," fortæller han Fysik verden. Det gør det også muligt at identificere sammenhænge mellem materialets struktur og dets ydeevne og dermed udvikle højtydende 2D-enheder til praktiske anvendelser, tilføjer han.

Alle detaljer om forskningen er offentliggjort i Kinesisk fysik B.