Apar defecte ale semiconductoarelor cu rază lungă de acțiune

Vizualizarea directă a defectelor structurale ale semiconductorilor la scară mare nu este o sarcină ușoară. Principalele tehnici de microscopie sunt limitate la câmpuri vizuale care măsoară doar câteva zeci de nanometri și necesită vid ultraînalt, temperaturi ultrascăzute, pregătirea complicată a probelor și configurații complexe care le fac nepractice pentru multe sarcini. Acum, cercetătorii de la Academia Chineză de Științe din Beijing au dezvoltat o alternativă simplă și neinvazivă: o tehnică de gravare umedă despre care susțin că ar putea îmbunătăți performanța dispozitivelor electronice, facilitând înțelegerea proprietăților lor mecanice, electrice și optice.

Condus de Guangyu Zhang a Laboratorul Național de Fizică a Materiei Condensate din Beijing si Laboratorul de materiale Songshan-Lake în Dongguan, echipa a dezvoltat metoda ca o modalitate mai simplă de vizualizare a defectelor structurale într-un semiconductor tipic bidimensional (2D), monostrat de disulfură de molibden (ML-MoS).₂). În lucrare, cercetătorii au folosit un proces de gravare umedă care a mărit defectele structurale ale semiconductorului de la nano la micro-dimensiuni, făcând defectele mai ușor de observat la microscop optic sau microscop cu forță atomică (AFM). Procesul de gravare presupune aplicarea unei soluții de hipoclorit de calciu 2% din greutate pe material timp de 20 de secunde la temperatura camerei și, deoarece defectele sunt relativ reactive la tratamentele chimice, procesul afectează doar locurile defecte, lăsând alte zone ale ML–. MoS₂ zăbrele intactă.

Gropi și șanțuri triunghiulare

După ce au mărit defectele, cercetătorii spun că au putut observa defecte punctuale 0D (cum ar fi locurile libere de sulf) și granițele 1D care s-au transformat în gropi triunghiulare și, respectiv, șanțuri în diferite tipuri de ML-MoS.₂. Acestea au fost MoS exfoliate mecanic₂, ML–MoS crescut cu CVD₂, un singur domeniu și ML–MoS crescut în CVD₂ filme cu granulație mică și mare.

Numărul de gropi triunghiulare a atins maximul după aproximativ 200 de secunde. Potrivit lui Zhang și colegilor, acest lucru indică faptul că procesul de gravare prin ioni de hipoclorit inițiază la locurile defectelor inerente și nu generează noi defecte, spre deosebire de tehnicile de gravare selectivă existente. Creșterea numărului de gropi în timp poate proveni din reactivitatea chimică diferită a diferitelor defecte, spun ei.

Tehnica generală de vizualizare directă a defectelor

MoS₂ aparține unei clase de materiale numite dicalcogenuri ale metalelor de tranziție 2D (2D-TMD), iar cercetătorii spun că soluția lor de hipoclorit de calciu poate fi folosită și pentru a grava alte materiale de acest tip, cum ar fi WSe₂, MoSe₂, și WS₂. „Acest lucru indică faptul că metoda noastră este o tehnică generală pentru vizualizarea directă a defectelor în 2D–TMD-uri și are potențialul de a fi aplicată altor semiconductori 2D”, spune Zhang.

„Metoda noastră simplă și non-invazivă poate vizualiza direct defectele structurale în 2D-TMD-uri la scară largă”, adaugă el. Folosind această tehnică de gravare, echipa a investigat defectele intrinseci a patru tipuri de ML-MoS₂filme și a constatat că ML–MoS crescut de CVD₂un singur domeniu și ML–MoS₂filmele cu granulație mare au cea mai mică densitate a defectelor. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să înțeleagă relația dintre defectele structurale și performanță.

„Abilitatea de a direcționa vizualizarea la scară largă a defectelor structurale ale semiconductorilor 2D în acest fel ne permite să evaluăm calitatea eșantionului și ne poate ajuta să ne ghidăm către creșterea de înaltă calitate a plachetelor”, spune el. Lumea fizicii. De asemenea, face posibilă identificarea relațiilor dintre structura materialului și performanța acestuia și, astfel, dezvoltarea dispozitivelor 2D de înaltă performanță spre aplicații practice, adaugă el.

Detaliile complete ale cercetării sunt publicate în Fizica chineză B.