半導体の構造上の欠陥を大規模に直接視覚化することは、簡単なことではありません。 主な顕微鏡技術は、わずか数十ナノメートルの視野に限定されており、超高真空、超低温、複雑なサンプル準備、複雑なセットアップが必要なため、多くのタスクでは実用的ではありません。 現在、北京の中国科学院の研究者は、単純で非侵襲的な代替手段を開発しました。ウェットエッチング技術は、電子デバイスの機械的、電気的、および光学的特性をより簡単に理解できるようにすることで、電子デバイスの性能を向上させることができると彼らは主張しています。
によって導かれて 張広宇 凝縮物質物理学のための北京国立研究所 と 松山湖材料研究所 東莞のチームは、典型的な二次元 (2D) 半導体である単層二硫化モリブデン (ML–MoS2）。 この研究では、研究者はウェットエッチングプロセスを使用して、半導体の構造欠陥をナノサイズからマイクロサイズに拡大し、光学顕微鏡または原子間力顕微鏡 (AFM) での欠陥の観察を容易にしました。 エッチング プロセスでは、重量で 2% の次亜塩素酸カルシウムの溶液を材料に室温で 20 秒間適用します。欠陥は化学処理に対して比較的反応性が高いため、このプロセスは欠陥サイトのみに影響を与え、ML の他の領域を残します。 MoS2 格子無傷。
三角形のピットとトレンチ
欠陥を大きくした後、研究者らは、さまざまなタイプの ML-MoS で、それぞれ三角形のピットとトレンチに変化した 0D 点欠陥 (硫黄空孔など) と 1D 粒界を観察できたと述べています。2. これらは機械的に剥離された MoS2、CVD成長ML–MoS2、単一ドメインおよび CVD 成長 ML–MoS2 大小の粒子サイズのフィルム。
約 200 秒後に三角形のピットの数が最大に達しました。 Zhang らによると、これは次亜塩素酸イオンによるエッチング プロセスが固有の欠陥サイトで開始し、既存の選択的エッチング技術とは異なり、新しい欠陥を生成しないことを示しています。 経時的なピット数の増加は、さまざまな欠陥のさまざまな化学反応性に起因する可能性があると彼らは述べています。
欠陥を直接可視化するための一般的な手法
モス2 は 2D 遷移金属ジカルコゲニド (2D–TMD) と呼ばれる材料のクラスに属しており、研究者によると、彼らの次亜塩素酸カルシウム溶液は、WSe などのこのタイプの他の材料のエッチングにも使用できるとのことです。2、MoSe2、およびWS2. 「これは、私たちの方法が 2D-TMD の欠陥を直接視覚化するための一般的な手法であり、他の 2D 半導体に適用できる可能性があることを示しています」と Zhang 氏は言います。
半導体の欠陥を解明する第一原理計算
「私たちのシンプルで非侵襲的な方法は、2D-TMD の構造欠陥を大規模に直接視覚化できます」と彼は付け加えます。 このエッチング技術を利用して、チームはXNUMX種類のML–MoS 固有の欠陥を調査しました2膜と CVD 成長 ML–MoS を発見しました。2単一ドメインと ML–MoS2粒子サイズが大きい膜では、欠陥密度が最も低くなります。 これにより、研究者は構造上の欠陥と性能の関係を理解することができました。
「この方法で 2D 半導体の構造欠陥を大規模に視覚化できることで、サンプルの品質を評価でき、高品質のウェーハ成長に向けて私たちを導くことができます」と彼は言います。 物理学の世界. また、材料の構造とその性能との関係を特定することも可能になり、実用化に向けた高性能 2D デバイスの開発が可能になると彼は付け加えます。
研究の完全な詳細は、 中国物理学B.
