Het direct visualiseren van structurele defecten in halfgeleiders op grote schaal is geen gemakkelijke taak. De belangrijkste microscopietechnieken zijn beperkt tot gezichtsvelden van slechts enkele tientallen nanometers, en vereisen ultrahoog vacuüm, ultralage temperaturen, ingewikkelde monstervoorbereiding en complexe opstellingen, waardoor ze voor veel taken onpraktisch zijn. Nu hebben onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing een eenvoudig en niet-invasief alternatief ontwikkeld: een natetstechniek waarvan zij beweren dat deze de prestaties van elektronische apparaten zou kunnen verbeteren door het gemakkelijker te maken hun mechanische, elektrische en optische eigenschappen te begrijpen.
Geleid door Guangyu Zhang van de Nationaal laboratorium voor gecondenseerde materie in Peking en Songshan-Lake materiaallaboratorium in Dongguan ontwikkelde het team de methode als een eenvoudigere manier om structurele defecten in een typische tweedimensionale (2D) halfgeleider, monolaag molybdeendisulfide (ML-MoS) te visualiseren.2). In het werk gebruikten de onderzoekers een nat etsproces dat de structurele defecten in de halfgeleider vergrootte van nano- naar micro-groottes, waardoor de defecten gemakkelijker waar te nemen waren onder een optische microscoop of atomic force microscoop (AFM). Het etsproces omvat het aanbrengen van een oplossing van 2 gewichtsprocent calciumhypochloriet op het materiaal gedurende 20 seconden bij kamertemperatuur. Omdat de defecten relatief reactief zijn op chemische behandelingen, beïnvloedt het proces alleen de defecte plaatsen, waardoor andere delen van de ML– MoS2 rooster intact.
Driehoekige putten en greppels
Nadat ze de defecten groter hadden gemaakt, zeiden de onderzoekers dat ze 0D-puntdefecten (zoals zwavelvacatures) en 1D-korrelgrenzen konden waarnemen die respectievelijk in driehoekige putten en greppels veranderden in verschillende soorten ML-MoS2. Dit waren mechanisch geëxfolieerde MoS2, CVD-gekweekte ML-MoS2, enkel domein en CVD-gegroeide ML-MoS2 films met kleine en grote korrelgrootte.
Het aantal driehoekige putjes bereikte na ongeveer 200 seconden hun maximum. Volgens Zhang en collega's geeft dit aan dat het etsproces door hypochlorietionen begint op inherente defectlocaties en geen nieuwe defecten genereert, in tegenstelling tot bestaande selectieve etstechnieken. De toename van het aantal putten in de loop van de tijd kan voortkomen uit de verschillende chemische reactiviteit van verschillende defecten, zeggen ze.
Algemene techniek voor het direct visualiseren van defecten
niet2 behoort tot een klasse materialen die 2D-overgangsmetaaldichalcogeniden (2D-TMD's) worden genoemd, en de onderzoekers zeggen dat hun calciumhypochlorietoplossing ook kan worden gebruikt om andere materialen van dit type te etsen, zoals WSe2, Mozes2, en W.S2. “Dit geeft aan dat onze methode een algemene techniek is voor het direct visualiseren van defecten in 2D-TMD’s en de potentie heeft om toegepast te worden op andere 2D-halfgeleiders”, zegt Zhang.
Berekeningen uit de eerste principes werpen licht op halfgeleiderdefecten
“Onze eenvoudige en niet-invasieve methode kan de structurele defecten in 2D-TMD’s direct op grote schaal visualiseren”, voegt hij eraan toe. Met behulp van deze etstechniek onderzocht het team de intrinsieke defecten van vier soorten ML-MoS2films en ontdekte dat door CVD gekweekte ML-MoS2enkel domein en ML-MoS2films met een grote korrelgrootte hebben de laagste defectdichtheid. Hierdoor konden de onderzoekers de relatie tussen structurele defecten en prestaties begrijpen.
“Door op deze manier de structurele defecten in 2D-halfgeleiders op deze manier te kunnen visualiseren, kunnen we de monsterkwaliteit beoordelen en kunnen we ons helpen richting hoogwaardige wafergroei te komen”, vertelt hij. Natuurkunde wereld. Het maakt het ook mogelijk om relaties tussen de structuur van het materiaal en de prestaties ervan te identificeren, en zo hoogwaardige 2D-apparaten te ontwikkelen voor praktische toepassingen, voegt hij eraan toe.
Volledige details van het onderzoek zijn gepubliceerd in Chinese natuurkunde B.
