Безпосередньо візуалізувати структурні дефекти в напівпровідниках у великих масштабах нелегке завдання. Основні методи мікроскопії обмежуються полями зору, що вимірюють лише кілька десятків нанометрів, і вони вимагають надвисокого вакууму, наднизьких температур, складної підготовки зразків і складних налаштувань, що робить їх непрактичними для багатьох завдань. Тепер дослідники з Китайської академії наук у Пекіні розробили просту та неінвазивну альтернативу: техніку вологого травлення, яка, як вони стверджують, може покращити продуктивність електронних пристроїв, полегшивши розуміння їхніх механічних, електричних та оптичних властивостей.
На чолі з Гуанью Чжан в Пекінська національна лабораторія фізики конденсованих систем і Лабораторія матеріалів Суншань-Лейк в Дунгуані команда розробила метод як більш простий спосіб візуалізації структурних дефектів у типовому двовимірному (2D) напівпровіднику, моношаровому дисульфіді молібдену (ML–MoS).2). У своїй роботі дослідники використовували процес мокрого травлення, який збільшував структурні дефекти в напівпровіднику від нано- до мікророзмірів, що полегшувало спостереження за дефектами під оптичним мікроскопом або атомно-силовим мікроскопом (АСМ). Процес травлення передбачає нанесення 2% розчину гіпохлориту кальцію за масою на матеріал протягом 20 секунд при кімнатній температурі, і оскільки дефекти відносно реактивні до хімічної обробки, процес впливає лише на дефектні ділянки, залишаючи інші ділянки ML– MoS2 решітка ціла.
Трикутні ями та траншеї
Збільшивши дефекти, дослідники кажуть, що вони змогли спостерігати 0D-точкові дефекти (такі як вакансії сірки) та 1D-межі зерен, які трансформувалися у трикутні ямки та канавки, відповідно, у різних типах ML–MoS.2. Це був механічно відлущений MoS2ML–MoS, вирощений CVD2, один домен і ML–MoS, вирощений CVD2 плівки з дрібною та великою зернистістю.
Кількість трикутних ямок досягла свого максимуму приблизно через 200 секунд. За словами Чжана та його колег, це вказує на те, що процес травлення іонами гіпохлориту починається на ділянках властивих дефектів і не створює нових дефектів, на відміну від існуючих методів селективного травлення. Збільшення кількості ямок з часом може бути пов’язано з різною хімічною реактивністю різних дефектів, кажуть вони.
Загальна методика безпосередньої візуалізації дефектів
MoS2 належить до класу матеріалів, які називаються двовимірними дихалькогенідами перехідних металів (2D–TMD), і дослідники кажуть, що їхній розчин гіпохлориту кальцію також можна використовувати для травлення інших матеріалів цього типу, таких як WSe2, MoSe2, і WS2. «Це вказує на те, що наш метод є загальною технікою для прямої візуалізації дефектів у 2D-TMD і має потенціал для застосування до інших 2D-напівпровідників», — каже Чжан.
Розрахунки перших принципів проливають світло на дефекти напівпровідників
«Наш простий і неінвазивний метод може безпосередньо візуалізувати структурні дефекти в 2D–TMD у великих масштабах», – додає він. Використовуючи цю техніку травлення, команда дослідила внутрішні дефекти чотирьох типів ML–MoS2плівок і виявили, що вирощений CVD ML–MoS2один домен і ML–MoS2плівки з великим розміром зерна мають найменшу щільність дефектів. Це дозволило дослідникам зрозуміти взаємозв’язок між структурними дефектами та продуктивністю.
«Можливість прямої візуалізації структурних дефектів у двовимірних напівпровідниках у такий спосіб дозволяє нам оцінити якість зразків і може допомогти нам спрямувати нас до високоякісного росту пластин», — розповідає він. Світ фізики. Він також дає змогу визначити взаємозв’язок між структурою матеріалу та його продуктивністю, а отже, розробити високоефективні 2D-пристрої для практичного застосування, додає він.
Повні деталі дослідження опубліковані в Китайська фізика Б.
