Η άμεση οπτικοποίηση δομικών ελαττωμάτων σε ημιαγωγούς σε μεγάλες κλίμακες δεν είναι εύκολη υπόθεση. Οι κύριες τεχνικές μικροσκοπίας περιορίζονται σε οπτικά πεδία που μετρούν μόλις μερικές δεκάδες νανόμετρα και απαιτούν εξαιρετικά υψηλό κενό, εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, περίπλοκη προετοιμασία δειγμάτων και πολύπλοκες ρυθμίσεις που τις καθιστούν μη πρακτικές για πολλές εργασίες. Τώρα, ερευνητές στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών στο Πεκίνο έχουν αναπτύξει μια απλή και μη επεμβατική εναλλακτική λύση: μια τεχνική υγρής χάραξης που ισχυρίζονται ότι θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση των ηλεκτρονικών συσκευών διευκολύνοντας την κατανόηση των μηχανικών, ηλεκτρικών και οπτικών ιδιοτήτων τους.
Με επικεφαλής τον Guangyu Zhang του Εθνικό Εργαστήριο Φυσικής Συμπυκνωμένης Ύλης του Πεκίνου και την Εργαστήριο Υλικών Songshan-Lake στο Dongguan, η ομάδα ανέπτυξε τη μέθοδο ως έναν απλούστερο τρόπο απεικόνισης δομικών ελαττωμάτων σε έναν τυπικό δισδιάστατο (2D) ημιαγωγό, μονοστρωματικό δισουλφίδιο του μολυβδαινίου (ML–MoS).2). Στην εργασία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια διαδικασία υγρής χάραξης που μεγέθυνε τα δομικά ελαττώματα στον ημιαγωγό από νανο-σε μικρο-μεγέθη, καθιστώντας τα ελαττώματα πιο εύκολα να παρατηρηθούν κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο ή μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM). Η διαδικασία χάραξης περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός διαλύματος υποχλωριώδους ασβεστίου 2% κατά βάρος στο υλικό για 20 δευτερόλεπτα σε θερμοκρασία δωματίου και επειδή τα ελαττώματα είναι σχετικά αντιδραστικά στις χημικές επεξεργασίες, η διαδικασία επηρεάζει μόνο τις ελαττωματικές θέσεις, αφήνοντας άλλες περιοχές της ML- MoS2 δικτυωτό άθικτο.
Τριγωνικοί λάκκοι και χαρακώματα
Αφού έκαναν τα ελαττώματα μεγαλύτερα, οι ερευνητές λένε ότι μπόρεσαν να παρατηρήσουν ελαττώματα 0D σημείου (όπως κενές θέσεις θείου) και 1D όρια κόκκων που μεταμορφώθηκαν σε τριγωνικά κοιλώματα και χαρακώματα, αντίστοιχα, σε διαφορετικούς τύπους ML-MoS2. Αυτά ήταν μηχανικά απολεπισμένα MoS2, ML–MoS που έχει αναπτυχθεί σε CVD2, μεμονωμένος τομέας και ML–MoS που έχει αναπτυχθεί με CVD2 μεμβράνες με μικρό και μεγάλο μέγεθος κόκκου.
Ο αριθμός των τριγωνικών pit έφτασε στο μέγιστο μετά από περίπου 200 δευτερόλεπτα. Σύμφωνα με τον Zhang και τους συνεργάτες του, αυτό δείχνει ότι η διαδικασία χάραξης από υποχλωριώδες ιόντα ξεκινά σε εγγενείς θέσεις ελαττωμάτων και δεν δημιουργεί νέα ελαττώματα, σε αντίθεση με τις υπάρχουσες τεχνικές επιλεκτικής χάραξης. Η αύξηση του αριθμού των λάκκων με την πάροδο του χρόνου μπορεί να προέρχεται από τη διαφορετική χημική αντιδραστικότητα διαφορετικών ελαττωμάτων, λένε.
Γενική τεχνική για την άμεση οπτικοποίηση ελαττωμάτων
δεν2 ανήκει σε μια κατηγορία υλικών που ονομάζονται διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης 2D (2D–TMDs) και οι ερευνητές λένε ότι το διάλυμα υποχλωριώδους ασβεστίου τους μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την χάραξη άλλων υλικών αυτού του τύπου όπως το WSe2, MoSe2και WS2. "Αυτό δείχνει ότι η μέθοδός μας είναι μια γενική τεχνική για την άμεση απεικόνιση ελαττωμάτων σε 2D-TMD και έχει τη δυνατότητα να εφαρμοστεί σε άλλους 2D ημιαγωγούς", λέει ο Zhang.
Οι υπολογισμοί των πρώτων αρχών ρίχνουν φως σε ελαττώματα ημιαγωγών
«Η απλή και μη επεμβατική μας μέθοδος μπορεί να απεικονίσει άμεσα τα δομικά ελαττώματα στα 2D–TMD σε μεγάλη κλίμακα», προσθέτει. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική χάραξης, η ομάδα διερεύνησε τα εγγενή ελαττώματα τεσσάρων τύπων ML-MoS2φιλμ και διαπίστωσε ότι το ML–MoS που αναπτύχθηκε σε CVD2μεμονωμένος τομέας και ML–MoS2Τα φιλμ με μεγάλο μέγεθος κόκκων έχουν τη χαμηλότερη πυκνότητα ελαττώματος. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να κατανοήσουν τη σχέση μεταξύ δομικών ελαττωμάτων και απόδοσης.
«Το να μπορούμε να κατευθύνουμε την οπτικοποίηση των δομικών ελαττωμάτων σε 2D ημιαγωγούς σε μεγάλη κλίμακα με αυτόν τον τρόπο μας επιτρέπει να αξιολογήσουμε την ποιότητα του δείγματος και θα μπορούσε να μας βοηθήσει στην ανάπτυξη γκοφρέτας υψηλής ποιότητας», λέει. Κόσμος Φυσικής. Καθιστά επίσης δυνατό τον εντοπισμό σχέσεων μεταξύ της δομής του υλικού και της απόδοσής του, και έτσι την ανάπτυξη 2D συσκευών υψηλής απόδοσης προς πρακτικές εφαρμογές, προσθέτει.
Πλήρεις λεπτομέρειες της έρευνας δημοσιεύονται στο Κινεζική Φυσική Β.
