Pojawiają się defekty półprzewodników dalekiego zasięgu

Bezpośrednia wizualizacja defektów strukturalnych w półprzewodnikach na dużą skalę nie jest łatwym zadaniem. Główne techniki mikroskopowe ograniczają się do pól widzenia mierzących zaledwie kilkadziesiąt nanometrów i wymagają ultrawysokiej próżni, ultraniskich temperatur, skomplikowanego przygotowania próbek i skomplikowanych konfiguracji, które czynią je niepraktycznymi do wielu zadań. Teraz naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie opracowali prostą i nieinwazyjną alternatywę: technikę wytrawiania na mokro, która, jak twierdzą, może poprawić wydajność urządzeń elektronicznych, ułatwiając zrozumienie ich właściwości mechanicznych, elektrycznych i optycznych.

Prowadzone przez Guangyu Zhang ukończenia Pekińskie Narodowe Laboratorium Fizyki Materii Skondensowanej oraz Laboratorium Materiałowe Jeziora Songshan w Dongguan zespół opracował metodę jako prostszy sposób wizualizacji defektów strukturalnych w typowym dwuwymiarowym (2D) półprzewodniku, jednowarstwowym dwusiarczku molibdenu (ML-MoS₂). W pracy naukowcy zastosowali proces mokrego wytrawiania, który powiększał defekty strukturalne w półprzewodniku z rozmiarów nanodo mikro, ułatwiając obserwację defektów pod mikroskopem optycznym lub mikroskopem sił atomowych (AFM). Proces trawienia polega na nakładaniu na materiał 2% wagowo roztworu podchlorynu wapnia przez 20 sekund w temperaturze pokojowej, a ponieważ defekty są stosunkowo reaktywne w stosunku do obróbki chemicznej, proces wpływa tylko na uszkodzone miejsca, pozostawiając inne obszary ML– MoS₂ krata nienaruszona.

Trójkątne doły i rowy

Po powiększeniu defektów naukowcy twierdzą, że byli w stanie zaobserwować defekty punktowe 0D (takie jak luki siarki) i granice ziaren 1D, które przekształciły się odpowiednio w trójkątne wgłębienia i rowy w różnych typach ML-MoS₂. Były to mechanicznie eksfoliowane MoS₂, ML–MoS wyhodowane metodą CVD₂, pojedyncza domena i ML–MoS wyhodowane przez CVD₂ folie o małej i dużej wielkości ziarna.

Liczba trójkątnych dołów osiągnęła maksimum po około 200 sekundach. Według Zhanga i współpracowników oznacza to, że proces wytrawiania jonami podchlorynu rozpoczyna się w nieodłącznych miejscach defektów i nie generuje nowych defektów, w przeciwieństwie do istniejących technik selektywnego wytrawiania. Twierdzą, że wzrost liczby jamek w czasie może wynikać z różnej reaktywności chemicznej różnych defektów.

Ogólna technika bezpośredniej wizualizacji defektów

nie₂ należy do klasy materiałów zwanych dwuwymiarowymi dichalkogenami metali przejściowych (2D–TMD), a naukowcy twierdzą, że ich roztwór podchlorynu wapnia może być również wykorzystany do wytrawiania innych materiałów tego typu, takich jak WSe₂, Mojżesz₂i WS₂. „Wskazuje to, że nasza metoda jest ogólną techniką bezpośredniej wizualizacji defektów w 2D-TMD i ma potencjał do zastosowania w innych półprzewodnikach 2D”, mówi Zhang.

„Nasza prosta i nieinwazyjna metoda umożliwia bezpośrednią wizualizację defektów strukturalnych w 2D-TMD na dużą skalę” – dodaje. Wykorzystując tę ​​technikę trawienia, zespół zbadał wewnętrzne defekty czterech typów ML-MoS₂filmy i odkryli, że ML-MoS . hodowane metodą CVD₂pojedyncza domena i ML–MoS₂folie o dużym rozmiarze ziarna mają najmniejszą gęstość defektów. Umożliwiło to naukowcom zrozumienie związku między defektami strukturalnymi a wydajnością.

„Możliwość bezpośredniej wizualizacji defektów strukturalnych w półprzewodnikach 2D na dużą skalę w ten sposób pozwala nam ocenić jakość próbki i może pomóc nam w osiągnięciu wysokiej jakości wzrostu płytek”, mówi Świat Fizyki. Umożliwia także identyfikację zależności między strukturą materiału a jego wydajnością, a tym samym opracowanie wysokowydajnych urządzeń 2D w kierunku praktycznych zastosowań – dodaje.

Pełne szczegóły badań są publikowane w Fizyka chińska B.