Зеркало, зеркало, кто самый эффективный полупроводник из всех?

09 августа 2023 г. (Новости Наноуэрк) Следующему поколению 2D-полупроводниковых материалов не нравится то, что они видят, когда смотрят в зеркало. Современные подходы к синтезу однослойных нанолистов полупроводникового материала для атомарно тонкой электроники развивают своеобразный дефект «зеркального двойника», когда материал наносится на монокристаллические подложки, такие как сапфир. Синтезированный нанолист содержит границы зерен, которые действуют как зеркало, с расположением атомов на каждой стороне, организованным в отраженном противопоставлении друг другу. По словам исследователей из Пенсильванского государственного консорциума двумерных кристаллов и инновационной платформы материалов (2DCC-MIP), это проблема. Электроны рассеиваются, когда сталкиваются с границей, снижая производительность таких устройств, как транзисторы. По словам исследователей, это является узким местом для продвижения электроники следующего поколения для таких приложений, как Интернет вещей и искусственный интеллект. Но теперь исследовательская группа, возможно, придумала решение для исправления этого дефекта. Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания обнаружила, что ступени атомного масштаба на сапфировых подложках позволяют выравнивать кристаллы двумерных материалов во время изготовления полупроводников. Манипуляции с этими материалами во время синтеза могут уменьшить дефекты и улучшить характеристики электронных устройств. (Изображение: Дженнифер Макканн, штат Пенсильвания) Они опубликовали свою работу в Природа Нанотехнология («Поэтапная разработка для управления зародышеобразованием и ориентацией доменов в WSe2 эпитаксия на сапфире с плоскостью с»). По словам ведущего автора Джоан Редвинг, директора 2DCC-MIP, это исследование может оказать значительное влияние на исследования полупроводников, позволив другим исследователям уменьшить дефекты зеркальных двойников, тем более что эта область привлекает повышенное внимание и финансирование со стороны Закона о чипах и науке, утвержденного последним. год. Разрешение законодательства увеличило финансирование и другие ресурсы для поддержки усилий Америки по производству и разработке полупроводниковых технологий на суше. По словам Редвинга, однослойный лист диселенида вольфрама толщиной всего в три атома может стать высокоэффективным атомарно тонким полупроводником для контроля и управления потоком электрического тока. Чтобы сделать нанолист, исследователи используют химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD), технологию производства полупроводников, которая используется для осаждения ультратонких монокристаллических слоев на подложку, в данном случае на сапфировую пластину. По словам Редвинга, в то время как MOCVD используется в синтезе других материалов, исследователи 2DCC-MIP первыми использовали его для синтеза 2D-полупроводников, таких как диселенид вольфрама. Диселенид вольфрама принадлежит к классу материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов, которые имеют толщину в три атома, с металлическим вольфрамом, зажатым между атомами селенида неметалла, который проявляет желаемые полупроводниковые свойства для современной электроники. «Чтобы получить однослойные листы с высокой степенью кристаллического совершенства, мы использовали сапфировые пластины в качестве шаблона для выравнивания кристаллов диселенида вольфрама по мере их осаждения методом MOCVD на поверхность пластины», — сказал Редвинг, который также является выдающимся профессором материалов. науки и инженерии и электротехники в штате Пенсильвания. «Однако кристаллы диселенида вольфрама могут располагаться в противоположных направлениях на сапфировой подложке. По мере того, как противоположно ориентированные кристаллы увеличиваются в размерах, они в конечном итоге встречаются друг с другом на поверхности сапфира, образуя границу зеркального двойника». Чтобы решить эту проблему и заставить большую часть кристаллов диселенида вольфрама выровняться с кристаллами сапфира, исследователи воспользовались «ступенями» на поверхности сапфира. Монокристалл сапфира, из которого состоит пластина, очень совершенен с точки зрения физики; однако он не идеально плоский на атомном уровне. На поверхности есть ступеньки высотой всего в один-два атома с плоскими участками между ступеньками. Здесь, по словам Редвинга, исследователи обнаружили предполагаемый источник дефекта зеркала. Ступенька на поверхности сапфирового стекла - это место, где кристаллы диселенида вольфрама имеют тенденцию прикрепляться, но не всегда. Выравнивание кристалла при прикреплении к ступеням имело тенденцию быть в одном направлении. «Если все кристаллы можно выровнять в одном направлении, то дефекты зеркальных двойников в слое будут уменьшены или даже устранены», — сказал Редвинг. Исследователи обнаружили, что, контролируя условия процесса MOCVD, можно заставить большинство кристаллов прикрепляться к сапфиру на ступенях. И в ходе экспериментов они сделали бонусное открытие: если кристаллы прикрепляются вверху ступени, они выстраиваются в одном кристаллографическом направлении; если они прикрепляются внизу, они выравниваются в противоположном направлении. «Мы обнаружили, что можно было прикрепить большинство кристаллов либо к верхнему, либо к нижнему краю ступеней», — сказал Редвинг, ссылаясь на экспериментальную работу, проведенную Хаоюэ Чжу, научным сотрудником с докторской степенью, и Танушри Чоудхури, доцентом-исследователем. , в 2DCC-MIP. «Это дало бы возможность значительно уменьшить количество границ зеркальных двойников в слоях». Надире Наир, ученый с докторской степенью под руководством выдающегося профессора университета Адри ван Дуина, руководил исследователями в центре теории/моделирования 2DCC-MIP для разработки теоретической модели атомной структуры поверхности сапфира, чтобы объяснить, почему диселенид вольфрама прикреплен к верхней или нижней части край ступеней. Они предположили, что если поверхность сапфира покрыть атомами селена, то они прикрепятся к нижнему краю ступенек; если сапфир покрыт лишь частично так, что нижний край ступени лишен атома селена, то кристаллы прикрепляются к верхнему. Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи Penn State 2DCC-MIP работали с Кристал Йорк, аспиранткой исследовательской группы Стивена Дурбина, профессора электротехники и вычислительной техники в Университете Западного Мичигана. Она участвовала в исследовании в рамках программы посетителей-резидентов 2DCC-MIP. Йорк научилась выращивать тонкие пленки диселенида вольфрама с помощью MOCVD, используя оборудование 2DCC-MIP для своего исследования для докторской диссертации. Ее эксперименты помогли подтвердить, что метод работает. «Во время проведения этих экспериментов Кристал заметила, что направление доменов диселенида вольфрама на сапфире менялось, когда она меняла давление в реакторе MOCVD», — сказал Редвинг. «Это экспериментальное наблюдение обеспечило проверку теоретической модели, которая была разработана для объяснения места прикрепления кристаллов диселенида вольфрама к ступенькам на сапфировой пластине». Образцы диселенида вольфрама в масштабе пластины на сапфире, полученные с использованием этого нового процесса MOCVD, доступны исследователям за пределами штата Пенсильвания через пользовательскую программу 2DCC-MIP. «Такие приложения, как искусственный интеллект и Интернет вещей, потребуют дальнейшего улучшения производительности, а также способов снижения энергопотребления электроники», — сказал Редвинг.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63482.php