הדמיה ישירה של פגמים מבניים במוליכים למחצה בקנה מידה גדול אינה משימה קלה. טכניקות המיקרוסקופיה העיקריות מוגבלות לשדות ראייה הנמדדים רק כמה עשרות ננומטרים, והן דורשות ואקום גבוה במיוחד, טמפרטורות נמוכות במיוחד, הכנת דגימה מסובכת והגדרות מורכבות שהופכות אותן לבלתי מעשיות למשימות רבות. כעת, חוקרים באקדמיה הסינית למדעים בבייג'ינג פיתחו חלופה פשוטה ולא פולשנית: טכניקת תחריט רטוב שלטענתם יכולה לשפר את הביצועים של מכשירים אלקטרוניים על ידי כך שתקל על הבנת המאפיינים המכניים, החשמליים והאופטיים שלהם.
בראשותו של גואנגיו ג'אנג של המעבדה הלאומית של בייג'ינג לפיזיקת החומר המעובה ו מעבדת חומרים סונגשאן-לייק בדונגגוואן, הצוות פיתח את השיטה כדרך פשוטה יותר להמחיש פגמים מבניים במוליך למחצה דו-מימדי טיפוסי, חד-שכבתי מוליבדן דיסולפיד (ML–MoS)2). בעבודה, החוקרים השתמשו בתהליך תחריט רטוב שהגדיל את הפגמים המבניים במוליך למחצה מננו-למיקרו, מה שהופך את הליקויים לקלה יותר לצפייה במיקרוסקופ אופטי או במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM). תהליך התחריט כולל מריחת תמיסה של 2% סידן היפוכלוריט במשקל על החומר למשך 20 שניות בטמפרטורת החדר, ומכיוון שהפגמים מגיבים יחסית לטיפולים כימיים, התהליך משפיע רק על האתרים הפגומים ומשאיר אזורים אחרים של ה-ML– MoS2 סריג שלם.
בורות ותעלות משולשות
לאחר שהגדילו את הפגמים, החוקרים אומרים שהם הצליחו לראות פגמים נקודתיים 0D (כגון מקומות פנויים גופרית) וגבולות גרגרים 1D שהפכו לבורות משולשים ותעלות, בהתאמה, בסוגים שונים של ML–MoS2. אלה היו MoS פילינג מכני2, ML–MoS שגדל ב-CVD2, תחום יחיד ו-ML–MoS שצומח ב-CVD2 סרטים עם גודל גרגר קטן וגדול.
מספר הבורות המשולשים הגיע למקסימום לאחר כ-200 שניות. לדברי ג'אנג ועמיתיו, זה מצביע על כך שתהליך התחריט על ידי יוני היפוכלוריט מתחיל באתרי פגמים מובנים ואינו יוצר פגמים חדשים, בניגוד לטכניקות תחריט סלקטיביות קיימות. הגידול במספר הבורות לאורך זמן עשוי לנבוע מתגובתיות כימית שונה של פגמים שונים, הם אומרים.
טכניקה כללית להדמיה ישירה של פגמים
MOS2 שייך לסוג של חומרים הנקראים 2D transition metal dichalcogenides (2D–TMDs), והחוקרים אומרים שניתן להשתמש בתמיסת הסידן היפוכלוריט שלהם גם כדי לחרוט חומרים אחרים מסוג זה כמו WSe2, MoSe2, ו-WS2. "זה מצביע על כך שהשיטה שלנו היא טכניקה כללית להמחשה ישירה של פגמים ב-2D–TMD ויש לה פוטנציאל ליישום על מוליכים למחצה דו-ממדיים אחרים", אומר ג'אנג.
חישובי העקרונות הראשונים שופכים אור על פגמים במוליכים למחצה
"השיטה הפשוטה והלא פולשנית שלנו יכולה לדמיין ישירות את הפגמים המבניים ב-2D–TMD בקנה מידה גדול", הוא מוסיף. תוך שימוש בטכניקת תחריט זו, הצוות חקר את הפגמים הפנימיים של ארבעה סוגים של ML-MoS2סרטים וגילו ש-ML-MoS שגדל ב-CVD2דומיין יחיד ו-ML–MoS2סרטים בעלי גודל גרגר גדול הם בעלי צפיפות הפגם הנמוכה ביותר. זה אפשר לחוקרים להבין את הקשר בין פגמים מבניים לביצועים.
"היכולת לכוון הדמיה של הפגמים המבניים במוליכים למחצה דו-ממדיים בקנה מידה גדול בדרך זו מאפשרת לנו להעריך את איכות הדגימה ויכולה לעזור לנו לכוון אותנו לצמיחת רקיק באיכות גבוהה", הוא אומר. עולם הפיזיקה. הוא גם מאפשר לזהות קשרים בין מבנה החומר לביצועיו, וכך לפתח התקני דו-ממד בעלי ביצועים גבוהים לקראת יישומים מעשיים, הוא מוסיף.
הפרטים המלאים של המחקר מתפרסמים ב פיזיקה סינית ב.
