长程半导体缺陷进入视野

直接大规模地可视化半导体中的结构缺陷并非易事。 主要的显微镜技术仅限于仅测量几十纳米的视场，并且它们需要超高真空、超低温、复杂的样品制备和复杂的设置，这使得它们对于许多任务都不切实际。 现在，北京中国科学院的研究人员开发了一种简单且非侵入性的替代方案：一种湿法蚀刻技术，他们声称可以通过更容易理解电子设备的机械、电气和光学特性来提高电子设备的性能。

所领导 张光宇 的 北京凝聚态物理国家实验室 和 松山湖材料实验室 在东莞，该团队开发了一种更简单的方法来可视化典型二维 (2D) 半导体单层二硫化钼 (ML-MoSXNUMX) 中的结构缺陷₂）。 在这项工作中，研究人员使用了湿法蚀刻工艺，将半导体中的结构缺陷从纳米尺寸扩大到微米尺寸，使缺陷更容易在光学显微镜或原子力显微镜 (AFM) 下观察到。 蚀刻过程包括在室温下将重量为 2% 的次氯酸钙溶液施加到材料上 20 秒，并且由于缺陷对化学处理相对具有反应性，因此该过程仅影响缺陷部位，而留下 ML 的其他区域-二硫化钼₂ 格子完好无损。

三角坑和沟

研究人员表示，在将缺陷放大后，他们能够在不同类型的 ML-MoS 中观察到 0D 点缺陷（如硫空位）和 1D 晶界分别转变为三角形凹坑和沟槽₂. 这些是机械剥离的二硫化钼₂, CVD 生长的 ML-MoS₂, 单畴和 CVD 生长的 ML-MoS₂ 具有小颗粒和大颗粒的薄膜。

大约200秒后，三角坑的数量达到了最大值。 根据张及其同事的说法，这表明次氯酸盐离子的蚀刻过程始于固有缺陷位点，并且不会产生新的缺陷，这与现有的选择性蚀刻技术不同。 他们说，随着时间的推移，凹坑数量的增加可能源于不同缺陷的不同化学反应性。

直接可视化缺陷的通用技术

硫化钼₂ 属于一类称为 2D 过渡金属二硫化物 (2D-TMDs) 的材料，研究人员表示，他们的次氯酸钙溶液也可用于蚀刻此类其他材料，例如 WSe₂, 钼硒化物₂, 和 WS₂. “这表明我们的方法是一种直接可视化 2D-TMD 缺陷的通用技术，具有应用于其他 2D 半导体的潜力，”张说。

“我们简单且非侵入性的方法可以直接大规模地可视化 2D-TMD 中的结构缺陷，”他补充道。 利用这种蚀刻技术，该团队研究了四种 ML-MoS 的内在缺陷₂薄膜并发现 CVD 生长的 ML-MoS₂单域和 ML-MoS₂大粒径薄膜的缺陷密度最低。 这使研究人员能够了解结构缺陷与性能之间的关系。

“能够以这种方式大规模直接可视化二维半导体中的结构缺陷，使我们能够评估样品质量，并有助于指导我们实现高质量的晶圆生长，”他告诉 物理世界. 他补充说，这也使得识别材料结构与其性能之间的关系成为可能，从而开发出面向实际应用的高性能二维设备。

研究的全部细节发表在 中国物理B.