Vengono visualizzati difetti dei semiconduttori a lungo raggio

Visualizzare direttamente i difetti strutturali nei semiconduttori su larga scala non è un compito facile. Le principali tecniche di microscopia sono limitate a campi visivi che misurano solo poche decine di nanometri e richiedono vuoto ultra alto, temperature ultrabasse, preparazione complicata del campione e configurazioni complesse che le rendono poco pratiche per molte attività. Ora, i ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino hanno sviluppato un'alternativa semplice e non invasiva: una tecnica di incisione a umido che, secondo loro, potrebbe migliorare le prestazioni dei dispositivi elettronici facilitando la comprensione delle loro proprietà meccaniche, elettriche e ottiche.

Guidati da Guangyu Zhang della Laboratorio nazionale di Pechino per la fisica della materia condensata e la Laboratorio dei materiali del lago Songshan a Dongguan, il team ha sviluppato il metodo come un modo più semplice per visualizzare i difetti strutturali in un tipico semiconduttore bidimensionale (2D), monostrato disolfuro di molibdeno (ML-MoS₂). Nel lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un processo di incisione a umido che ha ampliato i difetti strutturali nel semiconduttore da nano a micro dimensioni, rendendo i difetti più facili da osservare al microscopio ottico o al microscopio a forza atomica (AFM). Il processo di incisione prevede l'applicazione di una soluzione di ipoclorito di calcio al 2% in peso sul materiale per 20 secondi a temperatura ambiente e, poiché i difetti sono relativamente reattivi ai trattamenti chimici, il processo interessa solo i siti difettosi, lasciando altre aree del ML– MoS₂ reticolo intatto.

Pozzi e trincee triangolari

Dopo aver ingrandito i difetti, i ricercatori affermano di essere stati in grado di osservare i difetti del punto 0D (come le vacanze di zolfo) e i bordi del grano 1D che si sono trasformati rispettivamente in fosse e trincee triangolari, in diversi tipi di ML-MoS₂. Questi erano MoS esfoliati meccanicamente₂, ML-MoS coltivato con CVD₂, ML–MoS a dominio singolo e coltivato con CVD₂ film con grana piccola e grande.

Il numero di pozzi triangolari ha raggiunto il massimo dopo circa 200 secondi. Secondo Zhang e colleghi, ciò indica che il processo di incisione da parte degli ioni ipoclorito inizia nei siti dei difetti intrinseci e non genera nuovi difetti, a differenza delle tecniche di incisione selettiva esistenti. L'aumento del numero di pozzi nel tempo può derivare dalla diversa reattività chimica di diversi difetti, affermano.

Tecnica generale per visualizzare direttamente i difetti

MoS₂ appartiene a una classe di materiali chiamati dicalcogenuri di metalli di transizione 2D (2D-TMD) e i ricercatori affermano che la loro soluzione di ipoclorito di calcio può essere utilizzata anche per incidere altri materiali di questo tipo come WSe₂, Mosé₂, e WS₂. "Ciò indica che il nostro metodo è una tecnica generale per visualizzare direttamente i difetti nei TMD 2D e ha il potenziale per essere applicato ad altri semiconduttori 2D", afferma Zhang.

"Il nostro metodo semplice e non invasivo può visualizzare direttamente i difetti strutturali nei 2D-TMD su larga scala", aggiunge. Utilizzando questa tecnica di incisione, il team ha studiato i difetti intrinseci di quattro tipi di ML-MoS₂film e ha scoperto che ML-MoS cresciuto con CVD₂dominio singolo e ML–MoS₂i film con granulometria grande hanno la densità di difetti più bassa. Ciò ha consentito ai ricercatori di comprendere la relazione tra difetti strutturali e prestazioni.

"Essere in grado di visualizzare in modo diretto i difetti strutturali nei semiconduttori 2D su larga scala in questo modo ci consente di valutare la qualità del campione e potrebbe aiutarci a guidarci verso una crescita di wafer di alta qualità", dice Mondo della fisica. Consente inoltre di identificare le relazioni tra la struttura del materiale e le sue prestazioni, e quindi di sviluppare dispositivi 2D ad alte prestazioni per applicazioni pratiche, aggiunge.

I dettagli completi della ricerca sono pubblicati in Fisica cinese B.