Tükör, tükör, ki a leghatékonyabb félvezető mind közül?

09. augusztus 2023. (Nanowerk News) A 2D félvezető anyagok következő generációja nem szereti azt, amit a tükörbe nézve lát. A jelenlegi szintetizáló megközelítések, amelyek egyrétegű, félvezető anyagból készült nanorétegeket állítanak elő atomi vékony elektronikai eszközökhöz, sajátos „tükrös iker” hibát hoznak létre, amikor az anyagot egykristályos hordozókra, például zafírra rakják le. A szintetizált nanolap szemcsehatárokat tartalmaz, amelyek tükörként működnek, és mindkét oldalon az atomok elrendezése tükröződik egymással szemben. A Penn State kétdimenziós kristálykonzorcium-anyaginnovációs platformja (2DCC-MIP) és munkatársaik szerint ez probléma. Az elektronok szétszóródnak, amikor elérik a határt, csökkentve az olyan eszközök teljesítményét, mint a tranzisztorok. A kutatók szerint ez szűk keresztmetszetet jelent a következő generációs elektronika fejlődésében olyan alkalmazásokhoz, mint pl A tárgyak internete és a mesterséges intelligencia. Most azonban a kutatócsoport megoldást találhatott erre a hibára. A Penn State vezette kutatók egy csoportja azt találta, hogy a zafír szubsztrátumokon végrehajtott atomi léptékű lépések lehetővé teszik a 2D anyagok kristályos összehangolását a félvezetők gyártása során. Ezen anyagok szintézis közbeni manipulálása csökkentheti a hibákat és javíthatja az elektronikus eszközök teljesítményét. (Kép: Jennifer McCann, Penn State) Munkájukat adták ki Természet Nanotechnológia („Lépcsőzetes tervezés a nukleáció és a tartományorientáció szabályozásához a WSe-ben2 epitaxia a c-plane zafíron”). A tanulmány vezető szerzője, Joan Redwing, a 2DCC-MIP igazgatója szerint ez a tanulmány jelentős hatással lehet a félvezető-kutatásra azáltal, hogy lehetővé teszi más kutatók számára a tükör-ikerhibák csökkentését, különösen mivel a terület fokozott figyelmet és finanszírozást kapott a legutóbb jóváhagyott CHIPS és Tudományos Törvényből. év. A jogszabály felhatalmazása megnövelte a finanszírozást és egyéb forrásokat, hogy fellendítse Amerika erőfeszítéseit a félvezető technológia szárazföldi előállítására és fejlesztésére. Redwing szerint egy egyrétegű volfrám-diszelenid lemez – mindössze három atom vastag – rendkívül hatékony, atomosan vékony félvezetővé válna az elektromos áram áramlásának szabályozásához és manipulálásához. A nanolap elkészítéséhez a kutatók fém szerves kémiai gőzleválasztást (MOCVD) használnak, egy félvezető gyártási technológiát, amellyel ultravékony, egykristályos rétegeket helyeznek fel egy hordozóra, jelen esetben egy zafír ostyára. Míg a MOCVD-t más anyagok szintézisében használják, a 2DCC-MIP kutatói úttörő szerepet játszottak a 2D-s félvezetők, például a volfrám-diszelenid szintézisében, mondta Redwing. A volfrám-diszelenid az átmenetifém-dikalkogenideknek nevezett anyagok osztályába tartozik, amelyek három atom vastagságúak, és a volfrámfém nemfém-szelenid atomok között helyezkedik el, és a fejlett elektronika számára kívánatos félvezető tulajdonságokat mutat. "A magas fokú kristályos tökéletesség érdekében az egyrétegű lapok eléréséhez zafír ostyákat használtunk sablonként a wolfram-diszelenid kristályok egymáshoz igazításához, amint MOCVD-vel lerakódnak az ostya felületére" - mondta Redwing, aki egyben az anyagtudomány kiváló professzora is. tudomány és mérnöki tudomány, valamint elektrotechnika Penn államban. „A wolfram-diszelenid kristályok azonban ellentétes irányban helyezkedhetnek el a zafír hordozón. Ahogy az ellentétes orientációjú kristályok egyre nagyobb méretűek, végül találkoznak egymással a zafír felületén, és létrehozzák a tükör ikerhatárt. A probléma megoldására és a wolfram-diszelenid kristályok többségének a zafírkristályokhoz való igazítására a kutatók kihasználták a zafír felületén tett „lépéseket”. Az ostyát alkotó zafír egykristály fizikai szempontból rendkívül tökéletes; atomi szinten azonban nem tökéletesen lapos. A felületen egy vagy két atom magas lépcsők találhatók, amelyek között lapos területek találhatók. Redwing szerint itt találták meg a kutatók a tükörhiba feltételezett forrását. A zafírkristály felületén a volfrám-diszelenid kristályok megtapadtak, de nem mindig. A kristályok elrendezése, amikor a lépcsőkre volt rögzítve, általában egy irányban volt. "Ha a kristályokat ugyanabba az irányba lehet igazítani, akkor a rétegben lévő tükröződő ikerhibák csökkennek, vagy akár megszűnnek" - mondta Redwing. A kutatók azt találták, hogy a MOCVD-folyamat körülményeinek szabályozásával a legtöbb kristály hozzákapcsolható a zafírhoz a lépéseknél. A kísérletek során pedig egy bónusz felfedezést tettek: Ha a kristályok a lépcső tetején tapadnak, akkor egy krisztallográfiai irányba igazodnak; ha alul rögzítik, akkor az ellenkező irányba igazodnak. "Azt találtuk, hogy a kristályok többsége a lépcsők felső vagy alsó széléhez rögzíthető" - mondta Redwing, elismerve Haoyue Zhu, posztdoktori tudós és Tanushree Choudhury, adjunktuskutató professzor kísérleti munkáját. , 2DCC-MIP-ben. "Ez módot adna arra, hogy jelentősen csökkentse a tükör ikerhatárok számát a rétegekben." Nadire Nayir, a kiváló egyetemi professzor, Adri van Duin által mentorált posztdoktori kutató vezette a 2DCC-MIP elméleti/szimulációs létesítmény kutatóit a zafírfelület atomi szerkezetének elméleti modelljének kidolgozására, hogy megmagyarázza, miért kötődik a volfrám-diszelenid a felső vagy az alsó részhez. a lépcsők széle. Azt feltételezték, hogy ha a zafír felületét szelénatomok borítják, akkor azok a lépcsők alsó széléhez tapadnak; ha a zafír csak részben van befedve, így a lépcső alsó széléből hiányzik a szelénatom, akkor a tetejéhez kapcsolódnak a kristályok. Ennek az elméletnek a megerősítésére a Penn State 2DCC-MIP kutatói Krystal Yorkkal dolgoztak együtt, aki Steven Durbin, a Nyugat-Michigani Egyetem elektromos és számítástechnikai mérnök professzora kutatócsoportjának végzett hallgatója. Hozzájárult a tanulmányhoz a 2DCC-MIP Resident Scholar Visitor Program részeként. York megtanulta, hogyan lehet volfrám-diszelenid vékonyrétegeket növeszteni MOCVD-n keresztül, miközben a 2DCC-MIP eszközöket használta doktori disszertációjához. Kísérletei segítettek megerősíteni, hogy a módszer működik. "A kísérletek végrehajtása során Krystal megfigyelte, hogy a zafír volfrám-diszelenid doménjei iránya megváltozott, amikor változtatta a nyomást a MOCVD reaktorban" - mondta Redwing. "Ez a kísérleti megfigyelés igazolta azt az elméleti modellt, amelyet azért fejlesztettek ki, hogy megmagyarázzák a wolfram-diszelenid kristályok tapadásának helyét a zafír ostya lépcsőin." Az ezzel az új MOCVD-eljárással előállított zafíron készült ostyaméretű wolfram-diszelenid minták a 2DCC-MIP felhasználói programon keresztül Penn State-en kívüli kutatók számára is elérhetők. "Az olyan alkalmazásokhoz, mint a mesterséges intelligencia és a tárgyak internete, további teljesítményjavításra, valamint az elektronika energiafogyasztásának csökkentésére lesz szükség" - mondta Redwing.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63482.php