Oglindă, oglindă, cine este cel mai eficient semiconductor dintre toate?

Oglindă, oglindă, cine este cel mai eficient semiconductor dintre toate?

Marca temporală: 9 august 2023, ora 3:08
Nodul sursă: 2814824
09 august 2023 (Știri Nanowerk) Următoarea generație de materiale semiconductoare 2D nu-i place ceea ce vede când se uită în oglindă. Abordările actuale de sinteză pentru a face nanofoi cu un singur strat de material semiconductor pentru electronice subțiri din punct de vedere atomic dezvoltă un defect special „oglindă dublă” atunci când materialul este depus pe substraturi cu un singur cristal precum safirul. Nanofoia sintetizată conține limite de granule care acționează ca o oglindă, cu aranjamentul atomilor pe fiecare parte organizat în opoziție reflectată unul față de celălalt. Aceasta este o problemă, potrivit cercetătorilor de la Penn State’s Two-Dimensional Crystal Consortium-Materials Innovation Platform (2DCC-MIP) și colaboratorii lor. Electronii se împrăștie atunci când ating granița, reducând performanța dispozitivelor precum tranzistoarele. Acesta este un blocaj, au spus cercetătorii, pentru avansarea electronicelor de ultimă generație pentru aplicații precum internetul Lucrurilor și inteligență artificială. Dar acum, echipa de cercetare poate să fi venit cu o soluție pentru a corecta acest defect. pașii la scară atomică pe substraturi de safir permit alinierea cristalelor materialelor 2D în timpul fabricării semiconductoarelor O echipă de cercetători conduși de Penn State a descoperit că pașii la scară atomică pe substraturi de safir permit alinierea cristalelor materialelor 2D în timpul fabricării semiconductoarelor. Manipularea acestor materiale în timpul sintezei poate reduce defectele și poate îmbunătăți performanța dispozitivului electronic. (Imagine: Jennifer McCann, Penn State) Și-au publicat lucrările în Natură Nanotehnologia („Inginerie în etape pentru controlul nucleării și orientării domeniului în WSe2 epitaxie pe safir planul C”). Acest studiu ar putea avea un impact semnificativ asupra cercetării semiconductoarelor, permițând altor cercetători să reducă defectele gemene ale oglinzii, potrivit autorului principal Joan Redwing, director al 2DCC-MIP, mai ales că domeniul a sporit atenția și finanțarea din partea CHIPS și Legea științei aprobată ultima dată. an. Autorizarea legislației a crescut finanțarea și alte resurse pentru a stimula eforturile Americii de a produce și dezvolta tehnologia semiconductoarelor. O foaie cu un singur strat de diselenură de wolfram – cu o grosime de numai trei atomi – ar crea un semiconductor foarte eficient, subțire din punct de vedere atomic, pentru a controla și a manipula fluxul de curent electric, potrivit Redwing. Pentru a realiza nanofoia, cercetătorii folosesc depunerea de vapori chimici organici din metal (MOCVD), o tehnologie de fabricare a semiconductoarelor care este folosită pentru a depune straturi ultra-subțiri, de un singur cristal, pe un substrat, în acest caz o napolitană de safir. În timp ce MOCVD este utilizat în sinteza altor materiale, cercetătorii 2DCC-MIP au fost pionieri în utilizarea sa pentru sinteza semiconductorilor 2D, cum ar fi diselenura de wolfram, a spus Redwing. Diselenidura de wolfram aparține unei clase de materiale numite dicalcogenuri ale metalelor de tranziție, care au o grosime de trei atomi, cu metalul de tungsten cuprins între atomi de selenidă nemetalică, care manifestă proprietăți semiconductoare de dorit pentru electronica avansată. „Pentru a obține foi cu un singur strat cu un grad ridicat de perfecțiune cristalină, am folosit napolitane de safir ca șablon pentru a alinia cristalele de diseleniră de wolfram pe măsură ce acestea se depun prin MOCVD pe suprafața plachetei”, a spus Redwing, care este, de asemenea, un distins profesor de materiale. știință și inginerie și de inginerie electrică la Penn State. „Cu toate acestea, cristalele de diselenid de wolfram se pot alinia în direcții opuse pe substratul de safir. Pe măsură ce cristalele orientate opus cresc în dimensiune, ele se întâlnesc în cele din urmă unele cu altele pe suprafața safirului pentru a forma granița dublă a oglinzii.” Pentru a rezolva această problemă și pentru a face ca majoritatea cristalelor de diselenid de tungsten să se alinieze cu cristalele de safir, cercetătorii au profitat de „pași” de pe suprafața safirului. Monocristalul de safir care alcătuiește napolitana este extrem de perfect din punct de vedere fizic; cu toate acestea, nu este perfect plat la nivel atomic. Există trepte la suprafață care sunt doar un atom sau doi înalți, cu zone plate între fiecare treaptă. Aici, a spus Redwing, cercetătorii au găsit sursa suspectată a defectului oglinzii. Treapta de pe suprafața cristalului de safir este locul în care cristalele de diseleniră de tungsten au avut tendința de a se atașa, dar nu întotdeauna. Alinierea cristalului atunci când este atașată la trepte tinde să fie într-o singură direcție. „Dacă toate cristalele pot fi aliniate în aceeași direcție, atunci defectele gemene ale oglinzii din strat vor fi reduse sau chiar eliminate”, a spus Redwing. Cercetătorii au descoperit că prin controlul condițiilor procesului MOCVD, majoritatea cristalelor ar putea fi făcute să se atașeze de safir la trepte. Și în timpul experimentelor, au făcut o descoperire bonus: dacă cristalele se atașează în partea de sus a treptei, se aliniază într-o direcție cristalografică; dacă se atașează în partea de jos, se aliniază în direcția opusă. „Am descoperit că a fost posibil ca majoritatea cristalelor să se atașeze fie la marginea superioară, fie la marginea inferioară a treptelor”, a spus Redwing, meritând munca experimentală efectuată de Haoyue Zhu, cercetător postdoctoral, și Tanushree Choudhury, profesor asistent de cercetare. , în 2DCC-MIP. „Acest lucru ar oferi o modalitate de a reduce semnificativ numărul de granițe gemene din oglindă din straturi.” Nadire Nayir, un cercetător postdoctoral îndrumat de profesorul distins de la Universitatea Adri van Duin, a condus cercetătorii din cadrul 2DCC-MIP Theory/Simulation facility să dezvolte un model teoretic al structurii atomice a suprafeței safirului pentru a explica de ce diselenura de tungsten atașată la partea superioară sau inferioară marginea treptelor. Ei au teoretizat că, dacă suprafața safirului ar fi acoperită cu atomi de seleniu, atunci s-ar atașa de marginea inferioară a treptelor; dacă safirul este acoperit doar parțial, astfel încât marginea inferioară a treptei să nu aibă atom de seleniu, atunci cristalele sunt atașate la partea de sus. Pentru a confirma această teorie, cercetătorii Penn State 2DCC-MIP au lucrat cu Krystal York, un student absolvent în grupul de cercetare al lui Steven Durbin, profesor de inginerie electrică și informatică la Universitatea Western Michigan. Ea a contribuit la studiu ca parte a Programului de vizitatori rezidenți 2DCC-MIP. York a învățat cum să crească pelicule subțiri de diselenidă de tungsten prin intermediul MOCVD în timp ce folosea facilitățile 2DCC-MIP pentru cercetarea tezei sale de doctorat. Experimentele ei au ajutat la confirmarea faptului că metoda a funcționat. „În timpul acestor experimente, Krystal a observat că direcția domeniilor diselenidului de tungsten de pe safir sa schimbat atunci când a variat presiunea în reactorul MOCVD”, a spus Redwing. „Această observație experimentală a oferit verificarea modelului teoretic care a fost dezvoltat pentru a explica locația de atașare a cristalelor de diseleniră de wolfram pe treptele de pe placa de safir.” Probele de diselenid de tungsten la scară de napolitană pe safir produse prin acest nou proces MOCVD sunt disponibile cercetătorilor din afara Penn State prin programul de utilizator 2DCC-MIP. „Aplicații precum inteligența artificială și Internetul obiectelor vor necesita îmbunătățiri suplimentare de performanță, precum și modalități de reducere a consumului de energie al electronicelor”, a spus Redwing.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Nanowerk