Des défauts de semi-conducteurs à longue portée sont visibles

Visualiser directement les défauts structurels des semi-conducteurs à grande échelle n'est pas une tâche facile. Les principales techniques de microscopie sont limitées à des champs de vision mesurant seulement quelques dizaines de nanomètres, et elles nécessitent un vide ultra poussé, des températures ultra basses, une préparation compliquée des échantillons et des configurations complexes qui les rendent impraticables pour de nombreuses tâches. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences de Pékin ont mis au point une alternative simple et non invasive : une technique de gravure humide qui, selon eux, pourrait améliorer les performances des appareils électroniques en facilitant la compréhension de leurs propriétés mécaniques, électriques et optiques.

Dirigé par Guangyu Zhang des Laboratoire national de Pékin pour la physique de la matière condensée et par Laboratoire des matériaux de Songshan-Lake à Dongguan, l'équipe a développé la méthode comme un moyen plus simple de visualiser les défauts structurels dans un semi-conducteur bidimensionnel (2D) typique, le disulfure de molybdène monocouche (ML – MoS₂). Dans le travail, les chercheurs ont utilisé un processus de gravure humide qui a agrandi les défauts structurels du semi-conducteur de nano à micro-taille, rendant les défauts plus faciles à observer sous un microscope optique ou un microscope à force atomique (AFM). Le processus de gravure consiste à appliquer une solution d'hypochlorite de calcium à 2% en poids sur le matériau pendant 20 secondes à température ambiante, et comme les défauts sont relativement réactifs aux traitements chimiques, le processus n'affecte que les sites défectueux, laissant d'autres zones du ML- MoS₂ réseau intact.

Fosses et tranchées triangulaires

Après avoir agrandi les défauts, les chercheurs affirment avoir pu observer des défauts ponctuels 0D (tels que des lacunes de soufre) et des joints de grains 1D qui se sont transformés en fosses et tranchées triangulaires, respectivement, dans différents types de ML – MoS.₂. Ceux-ci étaient du MoS exfolié mécaniquement₂, ML-MoS développé par CVD₂, domaine unique et ML-MoS développé par CVD₂ films à petit et gros grain.

Le nombre de fosses triangulaires a atteint son maximum après environ 200 secondes. Selon Zhang et ses collègues, cela indique que le processus de gravure par les ions hypochlorite s'initie aux sites de défauts inhérents et ne génère pas de nouveaux défauts, contrairement aux techniques de gravure sélective existantes. L'augmentation du nombre de piqûres au fil du temps peut provenir de la réactivité chimique différente des différents défauts, disent-ils.

Technique générale de visualisation directe des défauts

MoS₂ appartient à une classe de matériaux appelés dichalcogénures de métaux de transition 2D (2D-TMD), et les chercheurs affirment que leur solution d'hypochlorite de calcium peut également être utilisée pour graver d'autres matériaux de ce type tels que WSe₂, Moïse₂, et WS₂. "Cela indique que notre méthode est une technique générale pour visualiser directement les défauts dans les TMD 2D et a le potentiel d'être appliquée à d'autres semi-conducteurs 2D", a déclaré Zhang.

« Notre méthode simple et non invasive permet de visualiser directement les défauts structurels des TMD 2D à grande échelle », ajoute-t-il. En utilisant cette technique de gravure, l'équipe a étudié les défauts intrinsèques de quatre types de ML-MoS₂films et a découvert que le ML – MoS développé par CVD₂domaine unique et ML–MoS₂les films à gros grains ont la plus faible densité de défauts. Cela a permis aux chercheurs de comprendre la relation entre les défauts structurels et les performances.

"Être capable de diriger la visualisation des défauts structurels dans les semi-conducteurs 2D à grande échelle de cette manière nous permet d'évaluer la qualité des échantillons et pourrait nous aider à nous guider vers une croissance de plaquettes de haute qualité", a-t-il déclaré. Monde de la physique. Il permet également d'identifier les relations entre la structure du matériau et ses performances, et ainsi de développer des dispositifs 2D performants vers des applications pratiques, ajoute-t-il.

Tous les détails de la recherche sont publiés dans Physique chinoise B.