Ogledalo, ogledalo, kdo je najučinkovitejši polprevodnik od vseh?

Ogledalo, ogledalo, kdo je najučinkovitejši polprevodnik od vseh?

Časovni žig: 9. avgust 2023 3
Izvorno vozlišče: 2814824
09. avgust 2023 (Nanowerk novice) Naslednji generaciji 2D polprevodniških materialov ni všeč, kar vidi, ko se pogleda v ogledalo. Trenutni sintetizacijski pristopi za izdelavo enoslojnih nanoplošč polprevodniškega materiala za atomsko tanko elektroniko razvijejo nenavadno napako "zrcalnih dvojčkov", ko se material nanese na enokristalne podlage, kot je safir. Sintetizirana nanoplošča vsebuje meje zrn, ki delujejo kot ogledalo, z razporeditvijo atomov na vsaki strani, ki so organizirani v reflektiranem nasprotju drug proti drugemu. To je problem, po mnenju raziskovalcev Penn State's Two-Dimensional Crystal Consortium-Materials Innovation Platform (2DCC-MIP) in njihovih sodelavcev. Elektroni se razpršijo, ko zadenejo mejo, kar zmanjša učinkovitost naprav, kot so tranzistorji. Raziskovalci pravijo, da je to ozko grlo za napredek elektronike naslednje generacije za aplikacije, kot je npr. Internet stvari in Umetna inteligenca. Zdaj pa je raziskovalna skupina morda našla rešitev za odpravo te napake. koraki v atomskem merilu na safirnih substratih omogočajo kristalno poravnavo 2D materialov med izdelavo polprevodnikov Skupina raziskovalcev pod vodstvom Penn State je ugotovila, da koraki v atomskem merilu na safirnih substratih omogočajo kristalno poravnavo 2D materialov med izdelavo polprevodnikov. Manipulacija s temi materiali med sintezo lahko zmanjša napake in izboljša delovanje elektronskih naprav. (Slika: Jennifer McCann, Penn State) Svoje delo so objavili v Naravna nanotehnologija (»Inženiring korakov za nadzor nukleacije in orientacije domene v WSe2 epitaksija na safirju s ravnino c"). Po besedah ​​vodilne avtorice Joan Redwing, direktorice 2DCC-MIP, bi ta študija lahko pomembno vplivala na raziskave polprevodnikov, saj bi drugim raziskovalcem omogočila zmanjšanje napak zrcalnih dvojčkov, še posebej, ker je področje povečalo pozornost in financiranje iz CHIPS in zakona o znanosti, odobrenega nazadnje leto. Odobritev zakonodaje je povečala financiranje in druge vire za spodbujanje ameriških prizadevanj za proizvodnjo in razvoj polprevodniške tehnologije na kopnem. Enoslojna plošča volframovega diselenida - debela le tri atome - bi po mnenju Redwinga omogočila zelo učinkovit, atomsko tanek polprevodnik za nadzor in manipulacijo toka električnega toka. Za izdelavo nanoplošče raziskovalci uporabljajo kovinsko organsko kemično naparjevanje (MOCVD), tehnologijo izdelave polprevodnikov, ki se uporablja za nanos ultratankih monokristalnih plasti na podlago, v tem primeru na safirno rezino. Medtem ko se MOCVD uporablja pri sintezi drugih materialov, so raziskovalci 2DCC-MIP pionirji uporabili za sintezo 2D polprevodnikov, kot je volframov diselenid, je dejal Redwing. Volframov diselenid spada v razred materialov, imenovanih dihalkogenidi prehodnih kovin, ki so debeli tri atome, pri čemer je volframova kovina stisnjena med atome nekovinskega selenida, kar kaže zaželene polprevodniške lastnosti za napredno elektroniko. »Da bi dosegli enoslojne plošče z visoko stopnjo kristalne popolnosti, smo uporabili safirne rezine kot šablono za poravnavo kristalov volframovega diselenida, ko jih MOCVD nanese na površino rezin,« je dejal Redwing, ki je tudi ugledni profesor materialov. znanosti in inženirstva ter elektrotehnike na Penn State. "Vendar pa se lahko kristali volframovega diselenida poravnajo v nasprotnih smereh na safirni podlagi. Ko nasprotno usmerjeni kristali rastejo v velikosti, se končno srečajo drug z drugim na površini safirja in tvorijo mejo zrcalnih dvojčkov. Da bi rešili to težavo in spravili večino kristalov volframovega diselenida v poravnavo s kristali safirja, so raziskovalci izkoristili "stopnice" na površini safirja. Safirni monokristal, ki sestavlja rezino, je v fizikalnem smislu zelo popoln; vendar pa ni popolnoma ravna na atomski ravni. Na površini so stopnice, ki so visoke le atom ali dva z ravnimi površinami med posameznimi stopnicami. Tukaj, je dejal Redwing, so raziskovalci našli domnevni vir napake ogledala. Stopnica na površini safirnega kristala je tam, kjer so se kristali volframovega diselenida navadno pritrdili, vendar ne vedno. Poravnava kristalov, ko je bila pritrjena na stopnice, je bila običajno v eni smeri. "Če je mogoče vse kristale poravnati v isto smer, se bodo napake zrcalnih dvojčkov v plasti zmanjšale ali celo odpravile," je dejal Redwing. Raziskovalci so ugotovili, da bi lahko z nadzorom pogojev postopka MOCVD večino kristalov pritrdili na safir na stopnicah. In med poskusi so prišli do dodatnega odkritja: če se kristali pritrdijo na vrhu stopnice, se poravnajo v eni kristalografski smeri; če se pritrdijo na dnu, se poravnajo v nasprotni smeri. "Ugotovili smo, da je mogoče doseči, da se večina kristalov pritrdi na zgornji ali spodnji rob stopnic," je dejal Redwing in pripisal priznanje eksperimentalnemu delu, ki sta ga opravila Haoyue Zhu, podoktorski učenjak, in Tanushree Choudhury, docentka raziskovalca , v 2DCC-MIP. "To bi zagotovilo način za znatno zmanjšanje števila zrcalnih dvojnih meja v plasteh." Nadire Nayir, podoktorska štipendistka pod mentorstvom uglednega univerzitetnega profesorja Adrija van Duina, je vodila raziskovalce v objektu 2DCC-MIP Theory/Simulation pri razvoju teoretičnega modela atomske strukture površine safirja, da bi pojasnila, zakaj je volframov diselenid pritrjen na vrh ali dno rob stopnic. Teoretizirali so, da če bi bila površina safirja prekrita z atomi selena, bi se ti pritrdili na spodnji rob stopnic; če je safir le delno prekrit, tako da spodnji rob stopnice nima atoma selena, potem so kristali pritrjeni na vrh. Da bi potrdili to teorijo, so raziskovalci Penn State 2DCC-MIP sodelovali s Krystal York, podiplomsko študentko v raziskovalni skupini Stevena Durbina, profesorja elektrotehnike in računalništva na univerzi Western Michigan. Prispevala je k študiji v okviru programa 2DCC-MIP Resident Scholar Visitor Program. York se je naučila gojiti tanke plasti volframovega diselenida prek MOCVD, medtem ko je uporabljala naprave 2DCC-MIP za raziskavo svoje doktorske disertacije. Njeni poskusi so pomagali potrditi, da metoda deluje. "Med izvajanjem teh poskusov je Krystal opazila, da se je smer domen volframovega diselenida na safirju spremenila, ko je spreminjala tlak v reaktorju MOCVD," je dejal Redwing. "To eksperimentalno opazovanje je zagotovilo preverjanje teoretičnega modela, ki je bil razvit za razlago lokacije pritrditve kristalov volframovega diselenida na stopnicah na safirni rezini." Vzorci volframovega diselenida v obliki rezin na safirju, proizvedeni s tem novim postopkom MOCVD, so na voljo raziskovalcem zunaj zvezne države Penn prek uporabniškega programa 2DCC-MIP. "Aplikacije, kot sta umetna inteligenca in internet stvari, bodo zahtevale nadaljnje izboljšave zmogljivosti in načine za zmanjšanje porabe energije elektronike," je dejal Redwing.

Časovni žig:

Več od Nanowerk