مرآة ، مرآة ، من هو أكثر أشباه الموصلات كفاءة؟

مرآة ، مرآة ، من هو أكثر أشباه الموصلات كفاءة؟

الطابع الزمني: 9 أغسطس 2023 الساعة 3:08 مساءً
عقدة المصدر: 2814824
09 أغسطس 2023 (أخبار Nanowerk) الجيل القادم من مواد أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد لا يحب ما يراه عندما ينظر في المرآة. تؤدي أساليب التوليف الحالية لصنع صفائح نانوية أحادية الطبقة من مواد شبه موصلة للإلكترونيات الرقيقة ذريًا إلى ظهور عيب غريب في "التوأم المرآة" عندما يتم ترسيب المادة على ركائز أحادية البلورة مثل الياقوت. تحتوي الورقة النانوية المركبة على حدود حبيبية تعمل كمرآة، مع تنظيم ترتيب الذرات على كل جانب في معارضة منعكسة لبعضها البعض. هذه مشكلة، وفقًا للباحثين من منصة ابتكار المواد الكريستالية ثنائية الأبعاد (2DCC-MIP) والمتعاونين معهم في ولاية بنسلفانيا. تتناثر الإلكترونات عندما تصل إلى الحد الفاصل، مما يقلل من أداء الأجهزة مثل الترانزستورات. وقال الباحثون إن هذا يمثل عنق الزجاجة أمام تقدم الجيل التالي من الإلكترونيات لتطبيقات مثل إنترنت الأشياء و الذكاء الاصطناعي. لكن الآن ربما توصل فريق البحث إلى حل لتصحيح هذا الخلل. تتيح الخطوات الذرية على ركائز الياقوت إمكانية المحاذاة البلورية للمواد ثنائية الأبعاد أثناء تصنيع أشباه الموصلات اكتشف فريق من الباحثين بقيادة ولاية بنسلفانيا أن الخطوات الذرية على ركائز الياقوت تمكن من المحاذاة البلورية للمواد ثنائية الأبعاد أثناء تصنيع أشباه الموصلات. قد يؤدي التلاعب بهذه المواد أثناء التوليف إلى تقليل العيوب وتحسين أداء الأجهزة الإلكترونية. (الصورة: جينيفر ماكان، ولاية بنسلفانيا) لقد نشروا أعمالهم في طبيعة التكنولوجيا النانوية ("هندسة الخطوات للتحكم في النواة وتوجيه المجال في WSe2 نفوق على الياقوت على شكل حرف C"). يمكن أن يكون لهذه الدراسة تأثير كبير على أبحاث أشباه الموصلات من خلال تمكين الباحثين الآخرين من تقليل عيوب المرآة المزدوجة، وفقًا للمؤلف الرئيسي جوان ريدوينج، مدير 2DCC-MIP، خاصة وأن هذا المجال قد زاد الاهتمام والتمويل من قانون CHIPS والعلوم الذي تمت الموافقة عليه مؤخرًا سنة. أدى تفويض التشريع إلى زيادة التمويل والموارد الأخرى لتعزيز الجهود الأمريكية الرامية إلى إنتاج وتطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات. إن طبقة واحدة من ثنائي سيلينيد التنغستن - سمكها ثلاث ذرات فقط - من شأنها أن تصنع أشباه موصلات فعالة للغاية ورقيقة ذريًا للتحكم في تدفق التيار الكهربائي ومعالجته، وفقًا لريدوينج. لصنع الورقة النانوية، يستخدم الباحثون ترسيب البخار الكيميائي العضوي المعدني (MOCVD)، وهي تقنية لتصنيع أشباه الموصلات تُستخدم لترسيب طبقات رقيقة جدًا أحادية البلورة على الركيزة، في هذه الحالة رقاقة الياقوت. بينما يستخدم MOCVD في تصنيع مواد أخرى، كان الباحثون في 2DCC-MIP رائدين في استخدامه لتخليق أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد مثل ثنائي سيلينيد التنغستن، كما قال ريدوينج. ينتمي ثنائي سيلينيد التنغستن إلى فئة من المواد تسمى ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية التي يبلغ سمكها ثلاث ذرات، مع وجود معدن التنغستن بين ذرات سيلينيد غير معدنية، مما يُظهر خصائص أشباه الموصلات المرغوبة للإلكترونيات المتقدمة. قال ريدوينج، وهو أيضًا أستاذ متميز في المواد: "للحصول على صفائح أحادية الطبقة بدرجة عالية من الكمال البلوري، استخدمنا رقائق الياقوت كقالب لمحاذاة بلورات ثنائي سيلينيد التنغستن أثناء ترسبها بواسطة MOCVD على سطح الرقاقة". العلوم والهندسة والهندسة الكهربائية في ولاية بنسلفانيا. "ومع ذلك، يمكن لبلورات ديسيلينيد التنغستن أن تصطف في اتجاهين متعاكسين على ركيزة الياقوت. ومع زيادة حجم البلورات ذات الاتجاه المعاكس، فإنها تلتقي في النهاية مع بعضها البعض على سطح الياقوت لتشكل حدود المرآة المزدوجة. لحل هذه المشكلة وجعل معظم بلورات ثنائي سيلينيد التنغستن تتماشى مع بلورات الياقوت، استفاد الباحثون من "الخطوات" على سطح الياقوت. تعتبر بلورة الياقوت المفردة التي تشكل الرقاقة مثالية للغاية من الناحية الفيزيائية؛ ومع ذلك، فهو ليس مسطحًا تمامًا على المستوى الذري. توجد درجات على السطح يبلغ طولها مجرد ذرة أو اثنتين مع وجود مساحات مسطحة بين كل خطوة. وقال ريدوينج إن الباحثين وجدوا هنا المصدر المشتبه به لعيب المرآة. الخطوة على سطح بلورة الياقوت هي المكان الذي تميل فيه بلورات ديسيلينيد التنغستن إلى الالتصاق، ولكن ليس دائمًا. تميل محاذاة البلورة عند ربطها بالخطوات إلى أن تكون في اتجاه واحد. وقال ريدوينج: "إذا كان من الممكن محاذاة البلورات جميعها في نفس الاتجاه، فسيتم تقليل عيوب المرآة المزدوجة في الطبقة أو حتى إزالتها". ووجد الباحثون أنه من خلال التحكم في ظروف عملية MOCVD، يمكن ربط معظم البلورات بالياقوت عند الخطوات. وأثناء التجارب، توصلوا إلى اكتشاف إضافي: إذا كانت البلورات ملتصقة بأعلى الدرجة، فإنها تصطف في اتجاه بلوري واحد؛ إذا تعلقوا في الأسفل، فإنهم يصطفون في الاتجاه المعاكس. وقال ريدوينج: "لقد وجدنا أنه من الممكن تثبيت غالبية البلورات إما على الحافة العلوية أو السفلية للدرجات"، مشيدًا بالعمل التجريبي الذي أجراه هاويو تشو، باحث ما بعد الدكتوراه، وتانوشري تشودري، أستاذ الأبحاث المساعد. ، في 2DCC-MIP. "وهذا من شأنه أن يوفر وسيلة لتقليل عدد حدود المرآة المزدوجة بشكل كبير في الطبقات." قادت نادرة ناير، باحثة ما بعد الدكتوراه بإشراف البروفيسور الجامعي المتميز أدري فان دوين، الباحثين في منشأة النظرية/المحاكاة 2DCC-MIP لتطوير نموذج نظري للتركيب الذري لسطح الياقوت لشرح سبب التصاق ثنائي سيلينيد التنغستن بالأعلى أو الأسفل. حافة الخطوات. لقد افترضوا أنه إذا كان سطح الياقوت مغطى بذرات السيلينيوم، فإنها ستلتصق بالحافة السفلية للدرجات؛ إذا كان الياقوت مغطى جزئيًا فقط بحيث تفتقر الحافة السفلية للخطوة إلى ذرة السيلينيوم، فإن البلورات متصلة بالأعلى. ولتأكيد هذه النظرية، عمل الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا 2DCC-MIP مع كريستال يورك، وهي طالبة دراسات عليا في المجموعة البحثية لستيفن دوربين، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة غرب ميشيغان. ساهمت في الدراسة كجزء من برنامج الزائرين المقيمين 2DCC-MIP. تعلمت يورك كيفية زراعة أغشية رقيقة من ثنائي سيلينيد التنغستن عبر MOCVD أثناء استخدام مرافق 2DCC-MIP لأبحاث أطروحتها للدكتوراه. ساعدت تجاربها في تأكيد نجاح الطريقة. وقال ريدوينج: "أثناء إجراء هذه التجارب، لاحظت كريستال أن اتجاه مجالات ثنائي سيلينيد التنغستن على الياقوت تغير عندما قامت بتغيير الضغط في مفاعل MOCVD". "قدمت هذه الملاحظة التجريبية التحقق من النموذج النظري الذي تم تطويره لشرح موقع تعلق بلورات ثنائي سيلينيد التنغستن على درجات رقاقة الياقوت." تتوفر عينات ديسيلينيد التنغستن على نطاق الرقاقة على الياقوت المنتجة باستخدام عملية MOCVD الجديدة هذه للباحثين خارج ولاية بنسلفانيا عبر برنامج المستخدم 2DCC-MIP. وقال ريدوينج: "سوف تتطلب تطبيقات مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء مزيدًا من التحسينات في الأداء بالإضافة إلى طرق لتقليل استهلاك الطاقة للإلكترونيات".

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك