Cermin, cermin, siapa semikonduktor paling efisien dari semuanya?

Cermin, cermin, siapa semikonduktor paling efisien dari semuanya?

Stempel Waktu: 9 Agustus 2023 3:08
Node Sumber: 2814824
09 Agustus 2023 (Berita Nanowerk) Bahan semikonduktor 2D generasi berikutnya tidak menyukai apa yang dilihatnya saat terlihat di cermin. Pendekatan sintesis saat ini untuk membuat lembaran nano lapis tunggal dari bahan semikonduktor untuk elektronik yang sangat tipis mengembangkan cacat "kembaran cermin" yang aneh ketika bahan disimpan pada substrat kristal tunggal seperti safir. Nanosheet yang disintesis mengandung batas butir yang bertindak sebagai cermin, dengan susunan atom di setiap sisi diatur dalam oposisi yang dipantulkan satu sama lain. Ini adalah masalah, menurut para peneliti dari Penn State's Two-Dimensional Crystal Consortium-Materials Innovation Platform (2DCC-MIP) dan kolaboratornya. Elektron berhamburan saat mencapai batas, mengurangi kinerja perangkat seperti transistor. Ini adalah hambatan, kata para peneliti, untuk kemajuan elektronik generasi berikutnya untuk aplikasi seperti Internet of Things dan kecerdasan buatan. Tapi sekarang, tim peneliti mungkin telah menemukan solusi untuk memperbaiki kekurangan ini. langkah skala atom pada substrat safir memungkinkan penyelarasan kristal bahan 2D selama fabrikasi semikonduktor Sebuah tim peneliti yang dipimpin Penn State telah menemukan bahwa langkah skala atom pada substrat safir memungkinkan penyelarasan kristal bahan 2D selama fabrikasi semikonduktor. Manipulasi bahan-bahan ini selama sintesis dapat mengurangi cacat dan meningkatkan kinerja perangkat elektronik. (Gambar: Jennifer McCann, Penn State) Mereka menerbitkan karya mereka di Nanoteknologi Alam (“Langkah rekayasa untuk nukleasi dan kontrol orientasi domain di WSe2 epitaksi pada safir bidang-c”). Studi ini dapat berdampak signifikan pada penelitian semikonduktor dengan memungkinkan peneliti lain untuk mengurangi cacat cermin kembar, menurut penulis utama Joan Redwing, direktur 2DCC-MIP, terutama karena bidang tersebut telah meningkatkan perhatian dan pendanaan dari CHIPS dan Science Act yang disetujui terakhir tahun. Otorisasi undang-undang meningkatkan pendanaan dan sumber daya lainnya untuk meningkatkan upaya Amerika untuk produksi dan pengembangan teknologi semikonduktor di darat. Selembar tungsten diselenida satu lapis - hanya setebal tiga atom - akan menjadi semikonduktor yang sangat efektif dan tipis secara atom untuk mengontrol dan memanipulasi aliran arus listrik, menurut Redwing. Untuk membuat nanosheet, para peneliti menggunakan deposisi uap kimia organik logam (MOCVD), teknologi manufaktur semikonduktor yang digunakan untuk menyimpan lapisan kristal tunggal yang sangat tipis ke substrat, dalam hal ini wafer safir. Sementara MOCVD digunakan dalam sintesis bahan lain, para peneliti 2DCC-MIP memelopori penggunaannya untuk sintesis semikonduktor 2D seperti tungsten diselenide, kata Redwing. Tungsten diselenide milik kelas bahan yang disebut dichalcogenides logam transisi yang setebal tiga atom, dengan logam tungsten terjepit di antara atom selenide non-logam, yang memanifestasikan sifat semikonduktor yang diinginkan untuk elektronik canggih. “Untuk mencapai lembaran lapisan tunggal dengan tingkat kesempurnaan kristal yang tinggi, kami menggunakan wafer safir sebagai templat untuk menyelaraskan kristal tungsten diselenida saat disimpan oleh MOCVD pada permukaan wafer,” kata Redwing, yang juga seorang profesor material terkemuka. sains dan teknik dan teknik elektro di Penn State. “Namun, kristal tungsten diselenide dapat menyelaraskan arah yang berlawanan pada substrat safir. Saat kristal yang berorientasi berlawanan tumbuh lebih besar dalam ukuran, mereka akhirnya bertemu satu sama lain di permukaan safir untuk membentuk batas kembar cermin. Untuk mengatasi masalah ini dan membuat sebagian besar kristal tungsten diselenide sejajar dengan kristal safir, para peneliti memanfaatkan "langkah" pada permukaan safir. Kristal tunggal safir yang membentuk wafer sangat sempurna dalam istilah fisika; Namun, itu tidak rata sempurna pada tingkat atom. Ada langkah-langkah di permukaan yang tingginya hanya satu atau dua atom dengan area datar di antara setiap langkah. Di sini, kata Redwing, para peneliti menemukan dugaan sumber cacat cermin. Langkah pada permukaan kristal safir adalah tempat kristal tungsten diselenida cenderung menempel, tetapi tidak selalu. Penjajaran kristal saat dipasang pada anak tangga cenderung ke satu arah. “Jika semua kristal dapat disejajarkan dengan arah yang sama, maka cacat kembaran cermin pada lapisan tersebut akan berkurang atau bahkan dihilangkan,” kata Redwing. Para peneliti menemukan bahwa dengan mengontrol kondisi proses MOCVD, sebagian besar kristal dapat dibuat menempel pada safir di tangga. Dan selama percobaan, mereka membuat penemuan bonus: Jika kristal menempel di bagian atas anak tangga, mereka sejajar dalam satu arah kristalografi; jika mereka menempel di bagian bawah, mereka sejajar dengan arah yang berlawanan. “Kami menemukan bahwa sebagian besar kristal dapat menempel di tepi atas atau bawah anak tangga,” kata Redwing, memuji pekerjaan eksperimental yang dilakukan oleh Haoyue Zhu, sarjana postdoctoral, dan Tanushree Choudhury, asisten profesor penelitian. , dalam 2DCC-MIP. "Ini akan memberikan cara untuk secara signifikan mengurangi jumlah batas kembar cermin di lapisan." Nadire Nayir, seorang sarjana pascadoktoral yang dibimbing oleh Profesor Universitas Terkemuka Adri van Duin, memimpin para peneliti di fasilitas Teori/Simulasi 2DCC-MIP untuk mengembangkan model teoretis struktur atom permukaan safir untuk menjelaskan mengapa tungsten diselenida menempel di bagian atas atau bawah tepi tangga. Mereka berteori bahwa jika permukaan safir ditutupi dengan atom selenium, maka mereka akan melekat pada tepi bawah anak tangga; jika safir hanya tertutup sebagian sehingga ujung bawah tangga kekurangan atom selenium, maka kristal menempel di bagian atas. Untuk mengkonfirmasi teori ini, para peneliti Penn State 2DCC-MIP bekerja dengan Krystal York, seorang mahasiswa pascasarjana dalam kelompok penelitian Steven Durbin, profesor teknik elektro dan komputer di Western Michigan University. Dia berkontribusi pada studi sebagai bagian dari Program Pengunjung Cendekiawan Residen 2DCC-MIP. York belajar bagaimana menumbuhkan film tipis tungsten diselenide melalui MOCVD saat menggunakan fasilitas 2DCC-MIP untuk penelitian tesis doktoralnya. Eksperimennya membantu memastikan bahwa metode tersebut berhasil. “Saat melakukan eksperimen ini, Krystal mengamati bahwa arah domain diselenida tungsten pada safir berubah ketika dia memvariasikan tekanan dalam reaktor MOCVD,” kata Redwing. “Pengamatan eksperimental ini memberikan verifikasi model teoretis yang dikembangkan untuk menjelaskan lokasi perlekatan kristal tungsten diselenide pada tangga wafer safir.” Sampel diselenida tungsten skala wafer pada safir yang diproduksi menggunakan proses MOCVD baru ini tersedia untuk peneliti di luar Penn State melalui program pengguna 2DCC-MIP. “Aplikasi seperti kecerdasan buatan dan Internet of Things akan memerlukan peningkatan kinerja lebih lanjut serta cara untuk mengurangi konsumsi energi elektronik,” kata Redwing.

Stempel Waktu:

Lebih dari Nanowerk