A visualização direta de defeitos estruturais em semicondutores em grande escala não é tarefa fácil. As principais técnicas de microscopia estão limitadas a campos de visão medindo apenas algumas dezenas de nanômetros e requerem vácuo ultra-alto, temperaturas ultrabaixas, preparação complicada de amostras e configurações complexas que as tornam impraticáveis para muitas tarefas. Agora, pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências em Pequim desenvolveram uma alternativa simples e não invasiva: uma técnica de gravação a úmido que, segundo eles, poderia melhorar o desempenho de dispositivos eletrônicos, facilitando o entendimento de suas propriedades mecânicas, elétricas e ópticas.
Liderados por Guangyu Zhang da Laboratório Nacional de Pequim para Física da Matéria Condensada e os votos de Laboratório de Materiais do Lago Songshan em Dongguan, a equipe desenvolveu o método como uma maneira mais simples de visualizar defeitos estruturais em um semicondutor bidimensional típico (2D), dissulfeto de molibdênio monocamada (ML-MoS2). No trabalho, os pesquisadores usaram um processo de gravação úmida que ampliou os defeitos estruturais no semicondutor de nano para micro tamanhos, tornando os defeitos mais fáceis de observar sob um microscópio óptico ou microscópio de força atômica (AFM). O processo de condicionamento envolve a aplicação de uma solução de hipoclorito de cálcio a 2% em peso ao material por 20 segundos em temperatura ambiente e, como os defeitos são relativamente reativos aos tratamentos químicos, o processo afeta apenas os locais defeituosos, deixando outras áreas do ML– MoS2 rede intacta.
Fossas e trincheiras triangulares
Depois de aumentar os defeitos, os pesquisadores dizem que foram capazes de observar defeitos de ponto 0D (como vacâncias de enxofre) e limites de grão 1D que se transformaram em poços e trincheiras triangulares, respectivamente, em diferentes tipos de ML-MoS2. Estes foram MoS esfoliados mecanicamente2, ML–MoS cultivado por DCV2, domínio único e ML–MoS cultivado por CVD2 filmes com tamanho de grão pequeno e grande.
O número de poços triangulares atingiu seu máximo após cerca de 200 segundos. De acordo com Zhang e colegas, isso indica que o processo de gravação por íons de hipoclorito inicia em locais de defeitos inerentes e não gera novos defeitos, ao contrário das técnicas de gravação seletiva existentes. O aumento no número de pits ao longo do tempo pode resultar da reatividade química diferente de diferentes defeitos, dizem eles.
Técnica geral para visualizar defeitos diretamente
não2 pertence a uma classe de materiais chamados dicalcogenetos de metais de transição 2D (2D-TMDs), e os pesquisadores dizem que sua solução de hipoclorito de cálcio também pode ser usada para gravar outros materiais desse tipo, como WSe2, MoSe2, e WS2. “Isso indica que nosso método é uma técnica geral para visualizar diretamente defeitos em 2D–TMDs e tem potencial para ser aplicado a outros semicondutores 2D”, diz Zhang.
Cálculos de primeiros princípios lançam luz sobre defeitos de semicondutores
“Nosso método simples e não invasivo pode visualizar diretamente os defeitos estruturais em 2D–TMDs em grande escala”, acrescenta. Utilizando essa técnica de gravação, a equipe investigou os defeitos intrínsecos de quatro tipos de ML-MoS2filmes e descobriu que ML–MoS cultivado por CVD2domínio único e ML–MoS2filmes com grande tamanho de grão têm menor densidade de defeitos. Isso permitiu que os pesquisadores entendessem a relação entre defeitos estruturais e desempenho.
“Ser capaz de visualizar diretamente os defeitos estruturais em semicondutores 2D em larga escala nos permite avaliar a qualidade da amostra e pode ajudar a nos guiar para o crescimento de wafer de alta qualidade”, diz ele. Mundo da física. Também permite identificar relações entre a estrutura do material e seu desempenho e, assim, desenvolver dispositivos 2D de alto desempenho para aplicações práticas, acrescenta.
Os detalhes completos da pesquisa estão publicados em Física Chinesa B.
