La visualización directa de defectos estructurales en semiconductores a gran escala no es tarea fácil. Las principales técnicas de microscopía se limitan a campos de visión que miden solo unas pocas decenas de nanómetros y requieren un vacío ultraalto, temperaturas ultrabajas, preparación de muestras complicada y configuraciones complejas que las hacen poco prácticas para muchas tareas. Ahora, investigadores de la Academia de Ciencias de China en Beijing han desarrollado una alternativa simple y no invasiva: una técnica de grabado en húmedo que, afirman, podría mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos al facilitar la comprensión de sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas.
Liderados por Guangyu Zhang de las Laboratorio Nacional de Beijing de Física de la Materia Condensada y del Laboratorio de materiales del lago Songshan en Dongguan, el equipo desarrolló el método como una forma más simple de visualizar defectos estructurales en un semiconductor bidimensional (2D) típico, monocapa de disulfuro de molibdeno (ML-MoS2). En el trabajo, los investigadores utilizaron un proceso de grabado húmedo que amplió los defectos estructurales en el semiconductor de nano a microtamaños, lo que hizo que los defectos fueran más fáciles de observar bajo un microscopio óptico o un microscopio de fuerza atómica (AFM). El proceso de grabado consiste en aplicar una solución de hipoclorito de calcio al 2 % en peso al material durante 20 segundos a temperatura ambiente y, dado que los defectos son relativamente reactivos a los tratamientos químicos, el proceso afecta solo a los sitios defectuosos, dejando otras áreas del ML: MoS2 celosía intacta.
Pozos y trincheras triangulares
Después de agrandar los defectos, los investigadores dicen que pudieron observar defectos puntuales 0D (como vacantes de azufre) y límites de grano 1D que se transformaron en pozos y trincheras triangulares, respectivamente, en diferentes tipos de ML-MoS.2. Estos fueron MoS exfoliados mecánicamente2, ML-MoS desarrollado por CVD2, dominio único y ML-MoS desarrollado por CVD2 Películas de pequeño y gran tamaño de grano.
El número de pozos triangulares alcanzó su máximo después de aproximadamente 200 segundos. Según Zhang y sus colegas, esto indica que el proceso de grabado por iones de hipoclorito se inicia en los sitios de defectos inherentes y no genera nuevos defectos, a diferencia de las técnicas de grabado selectivo existentes. El aumento en el número de picaduras con el tiempo puede deberse a la diferente reactividad química de los diferentes defectos, dicen.
Técnica general para la visualización directa de defectos
MOS2 pertenece a una clase de materiales llamados dicalcogenuros de metales de transición 2D (2D-TMD), y los investigadores dicen que su solución de hipoclorito de calcio también se puede usar para grabar otros materiales de este tipo como WSe2, Mose2y WS2. "Esto indica que nuestro método es una técnica general para visualizar directamente los defectos en 2D-TMD y tiene el potencial de aplicarse a otros semiconductores 2D", dice Zhang.
Los cálculos de los primeros principios arrojan luz sobre los defectos de los semiconductores
“Nuestro método simple y no invasivo puede visualizar directamente los defectos estructurales en 2D-TMD a gran escala”, agrega. Utilizando esta técnica de grabado, el equipo investigó los defectos intrínsecos de cuatro tipos de ML-MoS2películas y descubrió que ML-MoS cultivado por CVD2dominio único y ML–MoS2las películas con gran tamaño de grano tienen la menor densidad de defectos. Esto permitió a los investigadores comprender la relación entre los defectos estructurales y el rendimiento.
“Poder dirigir la visualización de los defectos estructurales en semiconductores 2D a gran escala de esta manera nos permite evaluar la calidad de la muestra y podría guiarnos hacia el crecimiento de obleas de alta calidad”, dice. Mundo de la física. También permite identificar relaciones entre la estructura del material y su desempeño, y así desarrollar dispositivos 2D de alto desempeño para aplicaciones prácticas, agrega.
Los detalles completos de la investigación se publican en Física china B.
