Cacat semikonduktor jarak jauh mulai terlihat

Memvisualisasikan cacat struktural secara langsung pada semikonduktor dalam skala besar bukanlah tugas yang mudah. Teknik mikroskop utama terbatas pada bidang pandang yang berukuran hanya beberapa puluh nanometer, dan memerlukan vakum ultra tinggi, suhu sangat rendah, preparasi sampel yang rumit, dan penyiapan kompleks yang membuatnya tidak praktis untuk banyak tugas. Sekarang, para peneliti di Akademi Ilmu Pengetahuan China di Beijing telah mengembangkan alternatif sederhana dan non-invasif: teknik etsa basah yang mereka klaim dapat meningkatkan kinerja perangkat elektronik dengan membuatnya lebih mudah untuk memahami sifat mekanik, listrik, dan optiknya.

Dipimpin oleh Guangyu Zhang dari Laboratorium Nasional Beijing untuk Fisika Benda Terkondensasi dan Laboratorium Material Danau Songshan di Dongguan, tim mengembangkan metode ini sebagai cara yang lebih sederhana untuk memvisualisasikan cacat struktural dalam semikonduktor dua dimensi (2D) tipikal, monolayer molibdenum disulfida (ML–MoS₂). Dalam pekerjaan tersebut, para peneliti menggunakan proses etsa basah yang memperbesar cacat struktural pada semikonduktor dari ukuran nano ke mikro, membuat cacat lebih mudah diamati di bawah mikroskop optik atau mikroskop kekuatan atom (AFM). Proses etsa melibatkan penerapan larutan kalsium hipoklorit 2% berat ke bahan selama 20 detik pada suhu kamar, dan karena cacat relatif reaktif terhadap perawatan kimia, proses hanya mempengaruhi situs yang rusak, meninggalkan area lain dari ML– MoS₂ kisi utuh.

Lubang dan parit segitiga

Setelah membuat cacat lebih besar, para peneliti mengatakan bahwa mereka dapat mengamati cacat titik 0D (seperti kekosongan belerang) dan batas butir 1D yang masing-masing berubah menjadi lubang segitiga dan parit, dalam berbagai jenis ML–MoS₂. Ini adalah MoS yang terkelupas secara mekanis₂, ML–MoS . yang dikembangkan CVD₂, domain tunggal, dan ML–MoS yang dikembangkan CVD₂ film dengan ukuran butir kecil dan besar.

Jumlah lubang segitiga mencapai maksimum setelah kira-kira 200 detik. Menurut Zhang dan rekan, ini menunjukkan bahwa proses etsa oleh ion hipoklorit dimulai di lokasi cacat bawaan dan tidak menghasilkan cacat baru, tidak seperti teknik etsa selektif yang ada. Peningkatan jumlah lubang dari waktu ke waktu mungkin berasal dari reaktivitas kimia yang berbeda dari cacat yang berbeda, kata mereka.

Teknik umum untuk langsung memvisualisasikan cacat

MOS₂ milik kelas bahan yang disebut dichalcogenides logam transisi 2D (2D-TMDs), dan para peneliti mengatakan bahwa larutan kalsium hipoklorit mereka juga dapat digunakan untuk mengetsa bahan lain dari jenis ini seperti WSe₂, MoSe₂, dan WS₂. “Ini menunjukkan bahwa metode kami adalah teknik umum untuk secara langsung memvisualisasikan cacat pada 2D–TMD dan memiliki potensi untuk diterapkan pada semikonduktor 2D lainnya,” kata Zhang.

“Metode kami yang sederhana dan non-invasif dapat secara langsung memvisualisasikan cacat struktural pada 2D–TMD dalam skala besar,” tambahnya. Memanfaatkan teknik etsa ini, tim menyelidiki cacat intrinsik dari empat jenis ML-MoS₂film dan menemukan bahwa ML–MoS . yang ditumbuhkan CVD₂domain tunggal dan ML–MoS₂film dengan ukuran butir besar memiliki kerapatan cacat terendah. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk memahami hubungan antara cacat struktural dan kinerja.

“Mampu mengarahkan visualisasi cacat struktural pada semikonduktor 2D dalam skala besar dengan cara ini memungkinkan kami menilai kualitas sampel dan dapat membantu memandu kami menuju pertumbuhan wafer berkualitas tinggi,” katanya. Dunia Fisika. Ini juga memungkinkan untuk mengidentifikasi hubungan antara struktur material dan kinerjanya, dan dengan demikian mengembangkan perangkat 2D berkinerja tinggi menuju aplikasi praktis, tambahnya.

Detail lengkap dari penelitian ini dipublikasikan di Fisika Cina B.