تجسم مستقیم عیوب ساختاری در نیمه هادی ها در مقیاس های بزرگ کار آسانی نیست. تکنیک‌های اصلی میکروسکوپ محدود به میدان‌های دید با اندازه‌گیری چند ده نانومتر هستند و به خلاء بسیار بالا، دمای بسیار پایین، آماده‌سازی نمونه پیچیده و تنظیمات پیچیده نیاز دارند که آنها را برای بسیاری از کارها غیرعملی می‌سازد. اکنون، محققان آکادمی علوم چین در پکن یک جایگزین ساده و غیر تهاجمی ایجاد کرده‌اند: یک روش حکاکی مرطوب که به ادعای آنها می‌تواند عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی را با آسان‌تر کردن درک خواص مکانیکی، الکتریکی و نوری آنها بهبود بخشد.
رهبری گوانگیو ژانگ از آزمایشگاه ملی پکن برای فیزیک ماده متراکم و آزمایشگاه مواد Songshan-Lake در Dongguan، تیم این روش را به عنوان روشی ساده تر برای تجسم عیوب ساختاری در یک نیمه هادی معمولی دو بعدی (2 بعدی)، تک لایه دی سولفید مولیبدن (ML-MoS) توسعه دادند.2). در این کار، محققان از یک فرآیند حکاکی مرطوب استفاده کردند که نقص‌های ساختاری در نیمه‌رسانا را از اندازه‌های نانو به میکرو بزرگ‌تر کرد و مشاهده عیوب را در زیر میکروسکوپ نوری یا میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) آسان‌تر کرد. فرآیند اچ کردن شامل استفاده از محلولی از 2% هیپوکلریت کلسیم بر حسب وزن به مدت 20 ثانیه در دمای اتاق است و از آنجایی که عیوب نسبتاً نسبت به تیمارهای شیمیایی واکنش نشان می‌دهند، این فرآیند فقط بر روی محل‌های معیوب تأثیر می‌گذارد و سایر نواحی ML- را ترک می‌کند. MoS2 شبکه دست نخورده
گودال ها و ترانشه های مثلثی شکل
پس از بزرگ‌تر کردن نقص‌ها، محققان می‌گویند که توانسته‌اند نقص‌های نقطه‌ای 0 بعدی (مانند جای خالی گوگرد) و مرزهای دانه‌های 1 بعدی را مشاهده کنند که به ترتیب در انواع مختلف ML-MoS به گودال‌ها و ترانشه‌های مثلثی تبدیل می‌شوند.2. اینها MoS به صورت مکانیکی لایه برداری شده بودند2ML-MoS رشد کرده در CVD2، تک دامنه و ML-MoS رشد یافته در CVD2 فیلم هایی با اندازه دانه های کوچک و بزرگ.
تعداد گودال های مثلثی پس از حدود 200 ثانیه به حداکثر خود رسید. به گفته ژانگ و همکارانش، این نشان می‌دهد که فرآیند اچ کردن توسط یون‌های هیپوکلریت در محل‌های نقص ذاتی آغاز می‌شود و برخلاف تکنیک‌های اچ انتخابی موجود، نقص‌های جدیدی ایجاد نمی‌کند. آنها می گویند که افزایش تعداد گودال ها در طول زمان ممکن است ناشی از واکنش شیمیایی متفاوت نقص های مختلف باشد.
تکنیک عمومی برای تجسم مستقیم عیوب
MOS2 متعلق به دسته‌ای از مواد به نام دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه دوبعدی (2D–TMDs) است و محققان می‌گویند که محلول هیپوکلریت کلسیم آنها می‌تواند برای حکاکی مواد دیگری از این نوع مانند WSe نیز استفاده شود.2MoSe2و WS2. ژانگ می‌گوید: «این نشان می‌دهد که روش ما یک تکنیک کلی برای تجسم مستقیم عیوب در 2D-TMDs است و پتانسیل آن را دارد که در سایر نیمه‌رساناهای دو بعدی نیز اعمال شود.
محاسبات اصول اول، نقص های نیمه هادی را روشن می کند
او می‌افزاید: «روش ساده و غیرتهاجمی ما می‌تواند مستقیماً نقص‌های ساختاری در 2D–TMDs را در مقیاس بزرگ تجسم کند. این تیم با استفاده از این تکنیک اچینگ، نقص های ذاتی چهار نوع ML-MoS را بررسی کردند.2فیلم‌ها و دریافتند که ML-MoS رشد کرده در CVD2تک دامنه و ML–MoS2فیلم های با اندازه دانه بزرگ کمترین تراکم نقص را دارند. این پژوهشگران را قادر ساخت تا رابطه بین عیوب ساختاری و عملکرد را درک کنند.
او می‌گوید: «توانایی برای تجسم مستقیم عیوب ساختاری در نیمه‌هادی‌های دوبعدی در مقیاس بزرگ از این طریق به ما امکان می‌دهد کیفیت نمونه را ارزیابی کنیم و می‌تواند ما را به سمت رشد ویفر با کیفیت بالا راهنمایی کند.» دنیای فیزیک. او می‌افزاید: همچنین این امکان را می‌دهد تا روابط بین ساختار ماده و عملکرد آن را شناسایی کرده و در نتیجه دستگاه‌های دوبعدی با کارایی بالا را برای کاربردهای عملی توسعه دهیم.
جزئیات کامل این تحقیق در فیزیک چینی ب.
