Ayna, ayna, içlerinde en verimli yarı iletken kim?

Ayna, ayna, içlerinde en verimli yarı iletken kim?

Zaman Damgası: 9 Ağustos 2023 3:08
Kaynak Düğüm: 2814824
09 Ağu 2023 (Nanowerk Haberleri) Yeni nesil 2D yarı iletken malzemeler aynaya baktığında gördüklerini beğenmiyor. Atomik olarak ince elektronikler için yarı iletken malzemenin tek katmanlı nano tabakalarını yapmaya yönelik mevcut sentezleme yaklaşımları, malzeme safir gibi tek kristalli alt tabakalar üzerine bırakıldığında tuhaf bir "ayna ikiz" kusuru geliştirir. Sentezlenen nano-tabaka, her iki taraftaki atomların birbirine karşı yansıyan karşıtlıkta düzenlenmesiyle bir ayna görevi gören tanecik sınırları içerir. Penn State'in İki Boyutlu Kristal Konsorsiyumu-Malzemeler İnovasyon Platformu'ndan (2DCC-MIP) araştırmacılara ve işbirlikçilerine göre bu bir sorun. Elektronlar sınıra ulaştıklarında dağılır ve transistör gibi cihazların performansını düşürür. Araştırmacılar, bunun gibi uygulamalar için yeni nesil elektroniğin ilerlemesi için bir darboğaz olduğunu söyledi. Şeylerin İnternet ve yapay zeka. Ancak şimdi, araştırma ekibi bu kusuru düzeltmek için bir çözüm bulmuş olabilir. Safir substratlar üzerindeki atomik ölçekli adımlar, yarı iletken üretimi sırasında 2D malzemelerin kristal hizalamasını sağlar Penn State liderliğindeki araştırmacılardan oluşan bir ekip, safir substratlar üzerindeki atomik ölçekli adımların, yarı iletken üretimi sırasında 2D malzemelerin kristal hizalamasını etkinleştirdiğini keşfetti. Sentez sırasında bu malzemelerin manipüle edilmesi kusurları azaltabilir ve elektronik cihaz performansını iyileştirebilir. (Resim: Jennifer McCann, Penn State) Çalışmalarını yayınladılar. Doğa Nanoteknolojisi ("WSe'de çekirdeklenme ve etki alanı oryantasyon kontrolü için adım mühendisliği2 c-düzlem safir üzerinde epitaksi”). 2DCC-MIP direktörü baş yazar Joan Redwing'e göre, bu çalışma, özellikle alan CHIPS ve Bilim Yasası'nın son onayladığı ilgi ve finansmanı artırdığı için, diğer araştırmacıların ayna ikizi kusurlarını azaltmasını sağlayarak yarı iletken araştırmaları üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. yıl. Mevzuatın yetkilendirmesi, Amerika'nın yarı iletken teknolojisinin üretimini ve geliştirilmesini karada gerçekleştirme çabalarını artırmak için finansmanı ve diğer kaynakları artırdı. Redwing'e göre, tek katmanlı bir tungsten diselenide tabakası - yalnızca üç atom kalınlığında - elektrik akımı akışını kontrol etmek ve manipüle etmek için oldukça etkili, atomik olarak ince bir yarı iletken yapar. Nano tabakayı yapmak için araştırmacılar, ultra ince, tek kristal katmanları bir alt tabakaya, bu durumda bir safir levhaya biriktirmek için kullanılan bir yarı iletken üretim teknolojisi olan metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) kullanıyor. Redwing, MOCVD'nin diğer malzemelerin sentezinde kullanılmasına rağmen, 2DCC-MIP araştırmacılarının tungsten diselenide gibi 2D yarı iletkenlerin sentezi için kullanımına öncülük ettiğini söyledi. Tungsten diselenide, gelişmiş elektronikler için istenen yarı iletken özellikleri sergileyen, metal olmayan selenid atomları arasına sıkıştırılmış tungsten metali ile üç atom kalınlığında geçiş metali dikalkojenitler adı verilen bir malzeme sınıfına aittir. Aynı zamanda seçkin bir malzeme profesörü olan Redwing, "Yüksek derecede kristal mükemmelliğe sahip tek katmanlı levhalar elde etmek için, MOCVD tarafından gofret yüzeyinde biriktikçe tungsten diselenide kristallerini hizalamak için şablon olarak safir gofretler kullandık" dedi. Penn State'te bilim ve mühendislik ve elektrik mühendisliği. "Bununla birlikte, tungsten diselenide kristalleri safir substrat üzerinde zıt yönlerde hizalanabilir. Zıt yönlere sahip kristaller boyut olarak büyüdükçe, ayna ikiz sınırını oluşturmak için safir yüzeyde en sonunda birbirleriyle buluşurlar.” Araştırmacılar, bu sorunu çözmek ve tungsten diselenide kristallerinin çoğunun safir kristallerle aynı hizaya gelmesini sağlamak için safir yüzeyindeki "adımlardan" yararlandı. Gofreti oluşturan safir tek kristal, fizik açısından son derece mükemmel; ancak atomik düzeyde tamamen düz değildir. Yüzeyde, her adım arasında düz alanlar bulunan, yalnızca bir veya iki atom uzunluğundaki basamaklar vardır. Redwing, burada araştırmacıların ayna kusurunun şüpheli kaynağını bulduğunu söyledi. Safir kristal yüzeyindeki adım, tungsten diselenide kristallerinin bağlanma eğiliminde olduğu yerdir, ancak her zaman değil. Basamaklara eklendiğinde kristal hizalaması tek bir yönde olma eğilimindeydi. Redwing, "Kristallerin tümü aynı yönde hizalanabilirse, katmandaki ayna ikizi kusurları azaltılacak ve hatta ortadan kaldırılacaktır" dedi. Araştırmacılar, MOCVD işlem koşullarını kontrol ederek, kristallerin çoğunun basamaklarda safire bağlanması için yapılabileceğini buldular. Ve deneyler sırasında bonus bir keşifte bulundular: Eğer kristaller basamağın tepesine tutunursa, tek bir kristalografik yönde hizalanırlar; alttan takılırlarsa, ters yönde hizalanırlar. Doktora sonrası araştırmacı Haoyue Zhu ve yardımcı araştırma profesörü Tanushree Choudhury tarafından gerçekleştirilen deneysel çalışmaya atıfta bulunan Redwing, "Kristallerin çoğunluğunun basamakların üst veya alt kenarlarına tutturulmasının mümkün olduğunu bulduk" dedi. , 2DCC-MIP'de. "Bu, katmanlardaki ayna ikizi sınırlarının sayısını önemli ölçüde azaltmanın bir yolunu sağlayacaktır." Seçkin Üniversite Profesörü Adri van Duin'in danışmanlığında doktora sonrası bilim insanı olan Nadire Nayir, 2DCC-MIP Teori/Simülasyon tesisindeki araştırmacıları, tungsten diselenide'in neden üste veya alta yapışık olduğunu açıklamak için safir yüzeyinin atomik yapısının teorik bir modelini geliştirmeye yönlendirdi. basamakların kenarı. Safirin yüzeyi selenyum atomlarıyla kaplıysa, basamakların alt kenarına bağlanacaklarını teorileştirdiler; safir, basamağın alt kenarı selenyum atomundan yoksun olacak şekilde yalnızca kısmen kaplanmışsa, o zaman kristaller üste takılır. Bu teoriyi doğrulamak için Penn State 2DCC-MIP araştırmacıları, Western Michigan Üniversitesi'nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü olan Steven Durbin'in araştırma grubunda yüksek lisans öğrencisi olan Krystal York ile çalıştı. 2DCC-MIP Yerleşik Bursiyer Ziyaretçi Programı kapsamında çalışmaya katkıda bulunmuştur. York, doktora tezi araştırması için 2DCC-MIP tesislerini kullanırken MOCVD aracılığıyla tungsten diselenide ince filmlerin nasıl büyütüleceğini öğrendi. Deneyleri, yöntemin işe yaradığını doğrulamaya yardımcı oldu. Redwing, "Bu deneyleri gerçekleştirirken Krystal, safir üzerindeki tungsten diselenide alanlarının yönünün, MOCVD reaktöründeki basıncı değiştirdiğinde değiştiğini gözlemledi" dedi. "Bu deneysel gözlem, safir gofret üzerindeki basamaklarda tungsten diselenide kristallerinin bağlanma yerini açıklamak için geliştirilen teorik modelin doğrulanmasını sağladı." Bu yeni MOCVD işlemi kullanılarak üretilen safir üzerindeki gofret ölçekli tungsten diselenide örnekleri, 2DCC-MIP kullanıcı programı aracılığıyla Penn State dışındaki araştırmacılar tarafından kullanılabilir. Redwing, "Yapay zeka ve Nesnelerin İnterneti gibi uygulamalar, daha fazla performans iyileştirmesinin yanı sıra elektroniğin enerji tüketimini azaltmanın yollarını gerektirecek" dedi.

Zaman Damgası:

Den fazla nanowerk