Peili, peili, kuka on kaikista tehokkain puolijohde?

Peili, peili, kuka on kaikista tehokkain puolijohde?

Aikaleima: 9. elokuuta 2023 3
Lähdesolmu: 2814824
09. elokuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Seuraavan sukupolven 2D-puolijohdemateriaalit eivät pidä siitä, mitä se näkee, kun se katsoo peiliin. Nykyiset syntetisointimenetelmät yksikerroksisten nanoarkkien valmistamiseksi puolijohtavasta materiaalista atomisesti ohutta elektroniikkaa varten kehittävät omituisen "peilikaksoisvian", kun materiaali kerrostetaan yksikiteisille substraateille, kuten safiirille. Syntetisoitu nanoarkki sisältää raerajoja, jotka toimivat peilinä, ja atomien järjestely kummallakin puolella on järjestetty heijastuneena vastakohtana toisiaan vastaan. Tämä on ongelma Penn Staten kaksiulotteisen kristallikonsortio-materiaaliinnovaatioalustan (2DCC-MIP) ja heidän yhteistyökumppaneidensa mukaan. Elektronit siroavat osuessaan rajalle, mikä heikentää laitteiden, kuten transistorien, suorituskykyä. Tämä on tutkijoiden mukaan pullonkaula seuraavan sukupolven elektroniikan edistämiselle esimerkiksi sovelluksissa Esineiden internet ja tekoäly. Mutta nyt tutkimusryhmä on ehkä keksinyt ratkaisun tämän puutteen korjaamiseksi. atomimittakaavaiset vaiheet safiirisubstraateilla mahdollistavat 2D-materiaalien kidekohdistamisen puolijohteiden valmistuksen aikana Penn Staten johtama tutkijaryhmä on havainnut, että atomimittakaavaiset askeleet safiirisubstraateilla mahdollistavat 2D-materiaalien kidekohdistuksen puolijohteiden valmistuksen aikana. Näiden materiaalien käsittely synteesin aikana voi vähentää vikoja ja parantaa elektronisten laitteiden suorituskykyä. (Kuva: Jennifer McCann, Penn State) He julkaisivat työnsä vuonna Luonnon nanoteknologia ("Askelsuunnittelu nukleaation ja toimialueen orientaation ohjaamiseen WSe:ssä2 epitaksi c-plane safiiriin"). 2DCC-MIP:n johtajan Joan Redwingin mukaan tällä tutkimuksella voi olla merkittävä vaikutus puolijohdetutkimukseen antamalla muille tutkijoille mahdollisuus vähentää peilikaksoisvikoja, varsinkin kun ala on lisännyt huomiota ja rahoitusta viimeksi hyväksytystä CHIPS- ja tiedelaista. vuosi. Lainsäädännön valtuutus lisäsi rahoitusta ja muita resursseja, joilla edistetään Amerikan ponnisteluja puolijohdeteknologian tuotantoon ja kehittämiseen maassa. Yksikerroksinen volframidiselenidilevy – vain kolme atomia paksu – tekisi Redwingin mukaan erittäin tehokkaan, atomisesti ohuen puolijohteen, joka ohjaa ja manipuloi sähkövirtaa. Nanolevyn valmistukseen tutkijat käyttävät metallin orgaanista kemiallista höyrypinnoitusta (MOCVD), puolijohteiden valmistustekniikkaa, jolla kerrostetaan erittäin ohuita yksikidekerroksia alustalle, tässä tapauksessa safiirikiekolle. Vaikka MOCVD:tä käytetään muiden materiaalien synteesissä, 2DCC-MIP-tutkijat aloittivat sen käytön 2D-puolijohteiden, kuten volframidiselenidin, synteesissä, Redwing sanoi. Volframidiselenidi kuuluu materiaaliluokkaan, jota kutsutaan siirtymämetallidikalkogenideiksi ja jotka ovat kolmen atomin paksuisia, volframimetallin ollessa ei-metallisten selenidiatomien välissä, mikä osoittaa edistyneelle elektroniikalle toivottuja puolijohtavia ominaisuuksia. "Saavuttaaksemme yksikerroksisia levyjä, joilla on korkea kiteinen täydellisyys, käytimme safiirikiekkoja mallina kohdistamaan volframidiselenidikiteet, kun ne kerrostuvat MOCVD:n vaikutuksesta kiekon pinnalle", sanoi Redwing, joka on myös arvostettu materiaalien professori. tiede ja tekniikka sekä sähkötekniikka Penn Statessa. "Volframidiselenidikiteet voivat kuitenkin asettua vastakkaisiin suuntiin safiirisubstraatilla. Kun vastakkaiseen suuntaan suuntautuvat kiteet kasvavat kooltaan, ne lopulta kohtaavat toisensa safiirin pinnalla muodostaen peilin kaksoisrajan." Ratkaistakseen tämän ongelman ja saadakseen useimmat volframidiselenidikiteet kohdakkain safiirikiteiden kanssa, tutkijat käyttivät "askeleita" safiirin pinnalla. Kiekon muodostava safiiriyksikidekide on fysiikan kannalta erittäin täydellinen; se ei kuitenkaan ole täysin tasainen atomitasolla. Pinnalla on askelmia, jotka ovat vain atomin tai kahden korkeita ja joiden välissä on tasaisia ​​alueita. Täällä, Redwing sanoi, tutkijat löysivät peilin vian epäillyn lähteen. Safiirikiteen pinnalla oleva askel on paikka, johon volframidiselenidikiteillä oli taipumus kiinnittyä, mutta ei aina. Kiteen kohdistus, kun se oli kiinnitetty askelmiin, oli yleensä yhteen suuntaan. "Jos kaikki kiteet voidaan kohdistaa samaan suuntaan, kerroksen peilikaksoisvirheet vähenevät tai jopa poistuvat", Redwing sanoi. Tutkijat havaitsivat, että ohjaamalla MOCVD-prosessin olosuhteita suurin osa kiteistä voidaan saada kiinnittymään safiiriin vaiheissa. Ja kokeiden aikana he tekivät lisälöydön: Jos kiteet kiinnittyvät askelman yläosaan, ne asettuvat yhteen kristallografiseen suuntaan; jos ne kiinnittyvät pohjaan, ne kohdistuvat vastakkaiseen suuntaan. "Huomasimme, että oli mahdollista saada suurin osa kiteistä kiinnittymään joko portaiden ylä- tai alareunaan", Redwing sanoi ja kiitti tutkijatohtorin Haoyue Zhun ja apulaistutkimusprofessori Tanushree Choudhuryn tekemää kokeellista työtä. , 2DCC-MIP:ssä. "Tämä tarjoaisi tavan vähentää merkittävästi peilien kaksoisrajojen määrää kerroksissa." Nadire Nayir, arvostetun yliopiston professorin Adri van Duinin mentoroima tutkijatohtori, johti 2DCC-MIP-teoria-/simulaatiolaitoksen tutkijoita kehittämään teoreettisen mallin safiirin pinnan atomirakenteesta selittääkseen, miksi volframidiselenidi kiinnittyy ylä- tai alaosaan. portaiden reuna. He teoriassa, että jos safiirin pinta on peitetty seleeniatomeilla, ne kiinnittyisivät portaiden alareunaan; jos safiiri on vain osittain peitetty niin, että portaan alareunasta puuttuu seleeniatomi, niin kiteet kiinnittyvät päälle. Tämän teorian vahvistamiseksi Penn State 2DCC-MIP -tutkijat työskentelivät Länsi-Michiganin yliopiston sähkö- ja tietokonetekniikan professorin Steven Durbinin tutkimusryhmässä jatko-opiskelijan Krystal Yorkin kanssa. Hän osallistui tutkimukseen osana 2DCC-MIP Resident Scholar Visitor -ohjelmaa. York oppi kasvattamaan volframidiselenidiohutkalvoja MOCVD:n avulla, kun hän käytti 2DCC-MIP-tiloja väitöskirjatutkimuksessaan. Hänen kokeilunsa auttoivat vahvistamaan, että menetelmä toimi. "Näitä kokeita suorittaessaan Krystal havaitsi, että safiirin volframidiselenididomeenien suunta vaihtui, kun hän muutti painetta MOCVD-reaktorissa", Redwing sanoi. "Tämä kokeellinen havainto vahvisti teoreettisen mallin, joka kehitettiin selittämään volframidiselenidikiteiden kiinnittymiskohtaa safiirikiekon portaissa." Tällä uudella MOCVD-prosessilla valmistetuilla safiirilla valmistetut kiekkojen volframidiselenidinäytteet ovat Penn Staten ulkopuolisten tutkijoiden saatavilla 2DCC-MIP-käyttäjäohjelman kautta. "Tekoälyn ja esineiden Internetin kaltaiset sovellukset vaativat lisäparannuksia suorituskykyyn sekä tapoja vähentää elektroniikan energiankulutusta", Redwing sanoi.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Nanowerk