Прямая визуализация структурных дефектов в полупроводниках в больших масштабах — непростая задача. Основные методы микроскопии ограничены полями зрения всего в несколько десятков нанометров и требуют сверхвысокого вакуума, сверхнизких температур, сложной пробоподготовки и сложных установок, что делает их непрактичными для многих задач. Теперь исследователи из Китайской академии наук в Пекине разработали простую и неинвазивную альтернативу: метод влажного травления, который, как они утверждают, может улучшить работу электронных устройств, облегчив понимание их механических, электрических и оптических свойств.
Под руководством Гуанъюй Чжан Пекинская национальная лаборатория физики конденсированных сред и Лаборатория материалов озера Суншань в Дунгуане группа разработала этот метод как более простой способ визуализации структурных дефектов в типичном двумерном (2D) полупроводнике, монослое дисульфида молибдена (ML-MoS2). В своей работе исследователи использовали процесс влажного травления, который увеличивал структурные дефекты в полупроводнике с наноразмеров до микроразмеров, что облегчало наблюдение дефектов под оптическим микроскопом или атомно-силовым микроскопом (АСМ). Процесс травления включает в себя нанесение на материал 2% раствора гипохлорита кальция по весу на 20 секунд при комнатной температуре, и, поскольку дефекты относительно реагируют на химическую обработку, процесс затрагивает только дефектные участки, оставляя другие области ML– MoS2 решетка целая.
Треугольные ямы и траншеи
После увеличения дефектов исследователи говорят, что они смогли наблюдать точечные дефекты 0D (такие как вакансии серы) и границы зерен 1D, которые трансформировались в треугольные ямки и канавки, соответственно, в различных типах ML-MoS.2. Это были механически отслоившиеся MoS2, CVD-выращенный ML–MoS2, однодоменные и CVD-выращенные ML–MoS2 пленки с мелкой и крупной зернистостью.
Количество треугольных ямок достигло своего максимума примерно через 200 секунд. По словам Чжана и его коллег, это указывает на то, что процесс травления ионами гипохлорита инициируется в местах присущих дефектов и не создает новых дефектов, в отличие от существующих методов селективного травления. По их словам, увеличение количества ямок с течением времени может быть связано с разной химической реактивностью различных дефектов.
Общая методика непосредственной визуализации дефектов
нет2 принадлежит к классу материалов, называемых 2D-дихалькогенидами переходных металлов (2D-TMD), и исследователи говорят, что их раствор гипохлорита кальция также можно использовать для травления других материалов этого типа, таких как WSe.2, МоСе2, и ВС2. «Это указывает на то, что наш метод является общей техникой для прямой визуализации дефектов в 2D-TMD и может быть применен к другим 2D-полупроводникам», — говорит Чжан.
Расчеты из первых принципов проливают свет на дефекты полупроводников
«Наш простой и неинвазивный метод может напрямую визуализировать структурные дефекты в 2D-TMD в большом масштабе», — добавляет он. Используя этот метод травления, команда исследовала внутренние дефекты четырех типов ML-MoS.2пленки и обнаружили, что выращенные методом CVD ML-MoS2один домен и ML-MoS2пленки с большим размером зерна имеют наименьшую плотность дефектов. Это позволило исследователям понять взаимосвязь между структурными дефектами и производительностью.
«Возможность напрямую визуализировать структурные дефекты в 2D-полупроводниках в больших масштабах таким образом позволяет нам оценивать качество образцов и может помочь нам на пути к выращиванию высококачественных пластин», — говорит он. Мир физики. Это также позволяет определить взаимосвязь между структурой материала и его характеристиками и, таким образом, разработать высокопроизводительные 2D-устройства для практических приложений, добавляет он.
Полная информация об исследовании опубликована в Китайская физика Б.
