การแสดงภาพความบกพร่องของโครงสร้างในเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่โดยตรงนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์หลักถูกจำกัดไว้สำหรับขอบเขตการมองเห็นที่วัดเพียงไม่กี่สิบนาโนเมตร และต้องใช้สุญญากาศสูงพิเศษ อุณหภูมิต่ำมาก การเตรียมตัวอย่างที่ซับซ้อน และการตั้งค่าที่ซับซ้อนซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้งานได้กับหลายๆ งาน ขณะนี้ นักวิจัยจาก Chinese Academy of Sciences ในกรุงปักกิ่งได้พัฒนาทางเลือกที่ง่ายและไม่รุกราน นั่นคือเทคนิคการกัดแบบเปียกที่พวกเขาอ้างว่าสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ โดยทำให้เข้าใจคุณสมบัติทางกล ไฟฟ้า และแสงได้ง่ายขึ้น
นำโดย กวงหยูจาง ของ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติปักกิ่งสำหรับฟิสิกส์สสารควบแน่น และ ห้องปฏิบัติการวัสดุ Songshan-Lake ในตงกวน ทีมงานได้พัฒนาวิธีการนี้โดยเป็นวิธีที่ง่ายกว่าในการแสดงภาพข้อบกพร่องของโครงสร้างในเซมิคอนดักเตอร์แบบสองมิติ (2D) ทั่วไป โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ชั้นเดียว (ML-MoS)2). ในการทำงาน นักวิจัยใช้กระบวนการกัดแบบเปียกที่ขยายข้อบกพร่องของโครงสร้างในเซมิคอนดักเตอร์จากขนาดนาโนเป็นไมโคร ทำให้สังเกตข้อบกพร่องได้ง่ายขึ้นภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงหรือกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) กระบวนการแกะสลักเกี่ยวข้องกับการใช้สารละลายแคลเซียมไฮโปคลอไรต์ 2% โดยน้ำหนักกับวัสดุเป็นเวลา 20 วินาทีที่อุณหภูมิห้อง และเนื่องจากข้อบกพร่องค่อนข้างมีปฏิกิริยาต่อการบำบัดทางเคมี กระบวนการนี้จึงส่งผลต่อเฉพาะจุดที่บกพร่องเท่านั้น โดยเว้นพื้นที่อื่นๆ ของ ML– มส2 ขัดแตะเหมือนเดิม
หลุมสามเหลี่ยมและร่องลึก
หลังจากทำให้ข้อบกพร่องใหญ่ขึ้น นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถสังเกตจุดบกพร่อง 0D (เช่น ตำแหน่งว่างของกำมะถัน) และขอบเขตเกรน 1D ที่เปลี่ยนเป็นหลุมสามเหลี่ยมและร่องลึกตามลำดับใน ML-MoS ประเภทต่างๆ2. สิ่งเหล่านี้ถูก MoS ขัดผิวด้วยกลไก2, ML–MoS ที่เติบโตด้วย CVD2, โดเมนเดียว และ ML–MoS ที่พัฒนาโดย CVD2 ฟิล์มที่มีขนาดเกรนเล็กและใหญ่
จำนวนหลุมสามเหลี่ยมถึงจุดสูงสุดหลังจากประมาณ 200 วินาที จากข้อมูลของ Zhang และเพื่อนร่วมงาน สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากระบวนการแกะสลักด้วยไอออนไฮโปคลอไรต์เริ่มต้นที่จุดบกพร่องโดยธรรมชาติและไม่ก่อให้เกิดข้อบกพร่องใหม่ ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการแกะสลักแบบเลือกที่มีอยู่ จำนวนหลุมที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอาจเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีที่แตกต่างกันของข้อบกพร่องต่างๆ
เทคนิคทั่วไปสำหรับการมองเห็นข้อบกพร่องโดยตรง
ไม่2 อยู่ในกลุ่มของวัสดุที่เรียกว่า 2D ทรานซิชันเมทัลไดชาลโคเจไนด์ (2D–TMDs) และนักวิจัยกล่าวว่าสารละลายแคลเซียมไฮโปคลอไรต์ของพวกมันสามารถใช้กัดวัสดุอื่นๆ ประเภทนี้ได้ เช่น WSe2, โมเส2, และ วสท2. “สิ่งนี้บ่งชี้ว่าวิธีการของเราเป็นเทคนิคทั่วไปสำหรับการแสดงภาพข้อบกพร่องใน 2D–TMDs โดยตรง และมีศักยภาพที่จะนำไปใช้กับเซมิคอนดักเตอร์ 2D อื่นๆ” Zhang กล่าว
การคำนวณหลักการแรกทำให้กระจ่างเกี่ยวกับข้อบกพร่องของเซมิคอนดักเตอร์
“วิธีการที่เรียบง่ายและไม่รุกรานของเราสามารถแสดงภาพความบกพร่องของโครงสร้างใน 2D–TMDs ในวงกว้างได้โดยตรง” เขากล่าวเสริม ด้วยการใช้เทคนิคการแกะสลักนี้ ทีมงานได้ตรวจสอบข้อบกพร่องที่แท้จริงของ ML–MoS สี่ประเภท2ภาพยนตร์และพบว่า CVD-grown ML–MoS2โดเมนเดียวและ ML–MoS2ฟิล์มที่มีขนาดเกรนใหญ่จะมีความหนาแน่นของตำหนิต่ำที่สุด สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างข้อบกพร่องของโครงสร้างและประสิทธิภาพการทำงาน
“ความสามารถในการมองเห็นข้อบกพร่องของโครงสร้างในเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติในสเกลขนาดใหญ่ได้โดยตรงช่วยให้เราสามารถประเมินคุณภาพตัวอย่างและสามารถช่วยนำทางเราไปสู่การเติบโตของเวเฟอร์คุณภาพสูง” เขากล่าว โลกฟิสิกส์. นอกจากนี้ยังทำให้สามารถระบุความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของวัสดุและประสิทธิภาพของวัสดุได้ และด้วยเหตุนี้จึงพัฒนาอุปกรณ์ 2 มิติประสิทธิภาพสูงไปสู่การใช้งานจริงได้ เขากล่าวเสริม
รายละเอียดการวิจัยฉบับสมบูรณ์เผยแพร่ใน ฟิสิกส์จีน ข.
