آینه، آینه، کارآمدترین نیمه رسانای همه آنها کیست؟

09 اوت 2023 (اخبار نانوورک) نسل بعدی مواد نیمه هادی دوبعدی آنچه را که در آینه می بیند دوست ندارد. روش‌های سنتز کنونی برای ساخت نانوصفحات تک لایه از مواد نیمه‌رسانا برای الکترونیک نازک اتمی، هنگامی که این ماده بر روی بسترهای تک‌کریستالی مانند یاقوت کبود قرار می‌گیرد، یک نقص عجیب «دوقلو آینه‌ای» ایجاد می‌کند. نانوصفحه سنتز شده حاوی مرزهای دانه ای است که به عنوان یک آینه عمل می کنند، با آرایش اتم ها در هر طرف که در مخالفت منعکس شده با یکدیگر سازماندهی شده اند. به گفته محققان پلتفرم نوآوری مواد کریستال دو بعدی کنسرسیوم (2DCC-MIP) و همکارانشان، این یک مشکل است. الکترون ها وقتی به مرز برخورد می کنند پراکنده می شوند و عملکرد دستگاه هایی مانند ترانزیستور را کاهش می دهند. به گفته محققان، این یک گلوگاه برای پیشرفت نسل بعدی الکترونیک برای کاربردهایی مانند اینترنت از چیزهایی و هوش مصنوعی. اما اکنون، تیم تحقیقاتی ممکن است راه حلی برای اصلاح این نقص ارائه کرده باشد. تیمی از محققان به رهبری ایالت پن دریافته‌اند که مراحل در مقیاس اتمی روی بسترهای یاقوت کبود، تراز کریستالی مواد دوبعدی را در طول ساخت نیمه‌رسانا امکان‌پذیر می‌سازد. دستکاری این مواد در طول سنتز ممکن است عیوب را کاهش دهد و عملکرد دستگاه الکترونیکی را بهبود بخشد. (تصویر: جنیفر مک کان، ایالت پن) آنها کار خود را در نانوتکنولوژی طبیعت ("مهندسی گام برای هسته زایی و کنترل جهت گیری دامنه در WSe2 اپیتاکسی در یاقوت کبود صفحه سی). به گفته نویسنده اصلی، جوآن ردوینگ، مدیر 2DCC-MIP، این مطالعه می‌تواند با توانمند ساختن سایر محققان برای کاهش نقص‌های دوگانه آینه‌ای، تأثیر قابل‌توجهی بر تحقیقات نیمه‌رسانا داشته باشد، به‌ویژه که این زمینه توجه و بودجه ناشی از قانون تراشه‌ها و علم را افزایش داده است. سال مجوز این قانون، بودجه و سایر منابع را برای تقویت تلاش های آمریکا برای تولید و توسعه فناوری نیمه هادی در خشکی افزایش داد. به گفته ردوینگ، یک ورق تک لایه تنگستن دیزلنید - فقط سه اتم ضخامت - یک نیمه هادی بسیار موثر و نازک اتمی برای کنترل و دستکاری جریان الکتریکی ایجاد می کند. برای ساختن این نانوصفحه، محققان از رسوب بخار شیمیایی آلی فلزی (MOCVD)، یک فناوری ساخت نیمه هادی استفاده می کنند که برای رسوب لایه های فوق نازک تک کریستالی بر روی یک بستر، در این مورد ویفر یاقوت کبود استفاده می شود. Redwing گفت در حالی که MOCVD در سنتز مواد دیگر استفاده می شود، محققان 2DCC-MIP پیشگام استفاده از آن برای سنتز نیمه هادی های دو بعدی مانند تنگستن دیزلنید بودند. تنگستن دیزلنید متعلق به دسته‌ای از مواد به نام دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه است که ضخامت آنها سه اتم است و فلز تنگستن بین اتم‌های سلنید غیرفلزی قرار گرفته است که خواص نیمه‌رسانای مطلوبی را برای الکترونیک پیشرفته نشان می‌دهد. ردوینگ که همچنین استاد برجسته مواد است، می‌گوید: «برای دستیابی به ورق‌های تک لایه با درجه بالایی از کمال کریستالی، ما از ویفرهای یاقوت کبود به‌عنوان الگویی برای تراز کردن کریستال‌های تنگستن دیزلنید که توسط MOCVD روی سطح ویفر رسوب می‌کنند، استفاده کردیم.» علوم و مهندسی و مهندسی برق در ایالت پن. با این حال، کریستال های تنگستن دیزلنید می توانند در جهت مخالف روی بستر یاقوت کبود قرار بگیرند. همانطور که کریستال های مخالف جهت بزرگتر می شوند، در نهایت روی سطح یاقوت کبود با یکدیگر ملاقات می کنند تا مرز دوقلوی آینه ای را تشکیل دهند. برای حل این مشکل و تراز کردن بیشتر کریستال‌های تنگستن دیزلنید با بلورهای یاقوت کبود، محققان از "گام‌های" روی سطح یاقوت کبود استفاده کردند. تک کریستال یاقوت کبود که ویفر را تشکیل می دهد از نظر فیزیک بسیار عالی است. با این حال، در سطح اتمی کاملاً مسطح نیست. روی سطح پله هایی وجود دارد که فقط یک اتم یا دو اتم بلند هستند و بین هر پله دارای نواحی صاف هستند. ردوینگ گفت، در اینجا، محققان منبع مشکوک نقص آینه را پیدا کردند. پله روی سطح کریستال یاقوت کبود جایی است که کریستال های تنگستن دیزلنید تمایل به چسبیدن دارند، اما نه همیشه. تراز کریستالی زمانی که به پله‌ها متصل می‌شود، در یک جهت است. ردوینگ گفت: «اگر بتوان همه کریستال‌ها را در یک جهت تراز کرد، نقص‌های دوگانه آینه‌ای در لایه کاهش می‌یابد یا حتی از بین می‌رود. محققان دریافتند که با کنترل شرایط فرآیند MOCVD، اکثر کریستال‌ها می‌توانند در مراحل به یاقوت کبود متصل شوند. و در طول آزمایش‌ها، آنها یک کشف مثبت انجام دادند: اگر کریستال‌ها در بالای پله متصل شوند، در یک جهت کریستالوگرافی قرار می‌گیرند. اگر در پایین متصل شوند، در جهت مخالف هم تراز می شوند. ردوینگ، با اعتبار کار آزمایشی انجام شده توسط هائویو ژو، محقق فوق دکترا، و تانوشری چودوری، استادیار پژوهش، گفت: «ما دریافتیم که می‌توان اکثر کریستال‌ها را در لبه بالا یا پایین پله‌ها متصل کرد. ، در 2DCC-MIP. این روشی برای کاهش چشمگیر تعداد مرزهای دوقلوی آینه ای در لایه ها فراهم می کند. Nadire Nayir، یک محقق فوق دکتری که توسط پروفسور برجسته دانشگاه آدری ون دوین راهنمایی می شود، محققان را در مرکز تئوری/شبیه سازی 2DCC-MIP رهبری کرد تا یک مدل نظری از ساختار اتمی سطح یاقوت کبود ایجاد کنند تا توضیح دهد که چرا تنگستن دیزلنید به بالا یا پایین چسبیده است. لبه پله ها آنها این نظریه را مطرح کردند که اگر سطح یاقوت کبود با اتم های سلنیوم پوشانده شود، آنگاه به لبه پایینی پله ها متصل می شوند. اگر یاقوت کبود فقط تا حدی پوشیده شده باشد به طوری که لبه پایینی پله فاقد اتم سلنیوم باشد، سپس کریستال ها به بالا متصل می شوند. برای تایید این نظریه، محققان پن ایالت 2DCC-MIP با کریستال یورک، دانشجوی کارشناسی ارشد در گروه تحقیقاتی استیون دوربین، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه میشیگان غربی، کار کردند. او به عنوان بخشی از برنامه 2DCC-MIP Resident Scholar Visitor Program به مطالعه کمک کرد. یورک یاد گرفت که چگونه لایه‌های نازک تنگستن دیزلنید را از طریق MOCVD رشد دهد، در حالی که از امکانات 2DCC-MIP برای تحقیقات پایان‌نامه دکترای خود استفاده می‌کرد. آزمایش‌های او به تأیید این که روش کار می‌کند کمک کرد. ردوینگ گفت: "در حین انجام این آزمایش ها، کریستال مشاهده کرد که جهت دامنه های تنگستن دیزلنید روی یاقوت کبود با تغییر فشار در راکتور MOCVD تغییر می کند." این مشاهدات تجربی مدل نظری را تأیید کرد که برای توضیح محل اتصال بلورهای تنگستن دیزلنید بر روی پله‌های ویفر یاقوت کبود ایجاد شد.» نمونه های تنگستن دیزلنید در مقیاس ویفر روی یاقوت کبود تولید شده با استفاده از این فرآیند جدید MOCVD از طریق برنامه کاربر 2DCC-MIP در دسترس محققان خارج از ایالت پن است. Redwing گفت: «برنامه هایی مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا به بهبود عملکرد بیشتر و همچنین راه هایی برای کاهش مصرف انرژی الکترونیک نیاز دارند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63482.php