Дзеркало, дзеркало, хто з них найефективніший напівпровідник?

Дзеркало, дзеркало, хто з них найефективніший напівпровідник?

Мітка часу: 9 серпня 2023 р., 3:08
Вихідний вузол: 2814824
09 серпня 2023 (Новини Nanowerk) Наступне покоління двовимірних напівпровідникових матеріалів не любить те, що воно бачить, коли дивиться в дзеркало. Сучасні підходи до синтезу для створення одношарових нанолистів напівпровідникового матеріалу для атомарно тонкої електроніки розвивають своєрідний дефект «дзеркального двійника», коли матеріал наноситься на монокристалічні підкладки, такі як сапфір. Синтезований нанолист містить межі зерен, які діють як дзеркало, з розташуванням атомів на кожній стороні, організованим у відображеній протилежності один до одного. На думку дослідників з інноваційної платформи двовимірного кристалічного консорціуму Penn State (2DCC-MIP) та їхніх співробітників, це проблема. Електрони розсіюються, коли потрапляють на межу, знижуючи продуктивність таких пристроїв, як транзистори. За словами дослідників, це вузьке місце для розвитку електроніки нового покоління для таких програм, як Інтернет речей та штучний інтелект. Але тепер дослідницька група, можливо, знайшла рішення, щоб виправити цей дефект. етапи атомарного масштабу на сапфірових підкладках дозволяють вирівнювати кристали 2D матеріалів під час виготовлення напівпровідників Команда дослідників під керівництвом Penn State виявила, що етапи атомного масштабу на сапфірових підкладках дозволяють вирівнювати кристали двовимірних матеріалів під час виготовлення напівпровідників. Маніпуляції з цими матеріалами під час синтезу можуть зменшити дефекти та покращити продуктивність електронних пристроїв. (Зображення: Дженніфер МакКанн, штат Пенсильванія) Вони опублікували свою роботу в Природа нанотехнології («Крок інженерії для контролю зародження та орієнтації домену в WSe2 епітаксія на сапфірі в площині c”). За словами провідного автора Джоан Редвінг, директора 2DCC-MIP, це дослідження може мати значний вплив на дослідження напівпровідників, оскільки дасть можливість іншим дослідникам зменшити дефекти дзеркальних двійників, особливо враховуючи, що ця сфера привернула більше уваги та фінансування від CHIPS і Закону про науку, затвердженого минулого року. рік. Ухвалення законодавства збільшило фінансування та інші ресурси для стимулювання зусиль Америки щодо наземного виробництва та розвитку напівпровідникових технологій. За словами Редвінга, одношаровий лист диселеніду вольфраму — товщиною всього три атоми — створив би високоефективний атомарно тонкий напівпровідник для контролю та керування потоком електричного струму. Щоб зробити нанолист, дослідники використовують металоорганічне хімічне осадження з парової фази (MOCVD), технологію виробництва напівпровідників, яка використовується для нанесення надтонких монокристалічних шарів на підкладку, в даному випадку сапфірову пластину. У той час як MOCVD використовується в синтезі інших матеріалів, дослідники 2DCC-MIP піонерами використовували його для синтезу 2D напівпровідників, таких як диселенід вольфраму, сказав Редвінг. Диселенід вольфраму належить до класу матеріалів, званих дихалькогенідами перехідних металів, які мають товщину в три атоми, причому металевий вольфрам розміщений між атомами селеніду неметалів, що демонструє бажані напівпровідникові властивості для передової електроніки. «Щоб отримати одношарові листи з високим ступенем кристалічної досконалості, ми використали сапфірові пластини як шаблон для вирівнювання кристалів диселеніду вольфраму, коли вони осідають за допомогою MOCVD на поверхні пластини», — сказав Редвінґ, який також є видатним професором матеріалів. науки та техніки та електротехніки в Penn State. «Однак кристали диселеніду вольфраму можуть вирівнюватися в протилежних напрямках на сапфіровій підкладці. Коли протилежно орієнтовані кристали збільшуються в розмірах, вони зрештою стикаються один з одним на поверхні сапфіра, утворюючи дзеркальну подвійну межу». Щоб вирішити цю проблему та змусити більшу частину кристалів диселеніду вольфраму вирівняти кристали сапфіру, дослідники скористалися «сходинками» на поверхні сапфіру. Монокристал сапфіру, з якого складається пластина, дуже досконалий з точки зору фізики; однак він не є ідеально плоским на атомному рівні. На поверхні є сходинки заввишки в атом або два з плоскими ділянками між сходинками. Тут, за словами Редвінга, дослідники знайшли ймовірне джерело дефекту дзеркала. Сходинка на поверхні сапфірового кристала - це місце, де кристали диселеніду вольфраму мають тенденцію приєднуватися, але не завжди. Вирівнювання кристалів при прикріпленні до сходинок, як правило, було в одному напрямку. «Якщо всі кристали можна вирівняти в одному напрямку, то дефекти дзеркальних подвійників у шарі будуть зменшені або навіть усунені», — сказав Редвінг. Дослідники виявили, що, контролюючи умови процесу MOCVD, більшість кристалів можна змусити прикріпити до сапфіра на сходинках. І під час експериментів вони зробили бонусне відкриття: якщо кристали прикріплюються у верхній частині сходинки, вони вирівнюються в одному кристалографічному напрямку; якщо вони кріпляться внизу, вони вирівнюються в протилежному напрямку. «Ми виявили, що більшість кристалів можна прикріпити до верхнього або нижнього краю сходинок», — сказав Редвінг, віддаючи перевагу експериментальній роботі Хаою Чжу, доктора наук, і Танушрі Чоудхурі, асистента професора. , в 2DCC-MIP. «Це забезпечить спосіб значно зменшити кількість дзеркальних подвійних кордонів у шарах». Надіре Найір, постдокторант, під керівництвом видатного професора університету Адрі ван Дуйна, керував дослідниками в установі теорії/моделювання 2DCC-MIP для розробки теоретичної моделі атомної структури поверхні сапфіру, щоб пояснити, чому диселенід вольфраму прикріплений до верхньої чи нижньої частини краю ступенів. Вони припустили, що якщо поверхню сапфіра покрити атомами селену, то вони прикріпляться до нижнього краю сходинок; якщо сапфір покритий лише частково, так що нижній край сходинки не має атома селену, то кристали прикріплюються до верху. Щоб підтвердити цю теорію, дослідники Penn State 2DCC-MIP працювали з Крістал Йорк, аспіранткою дослідницької групи Стівена Дурбіна, професора електротехніки та комп’ютерної інженерії в Університеті Західного Мічигану. Вона брала участь у дослідженні в рамках програми 2DCC-MIP Resident Scholar Visitor Program. Йорк навчилася вирощувати тонкі плівки диселеніду вольфраму за допомогою MOCVD, використовуючи засоби 2DCC-MIP для дослідження своєї докторської дисертації. Її експерименти допомогли підтвердити, що метод працює. «Під час проведення цих експериментів Крістал помітила, що напрямок доменів диселеніду вольфраму на сапфірі змінювався, коли вона змінювала тиск у реакторі MOCVD», — сказав Редвінг. «Це експериментальне спостереження забезпечило перевірку теоретичної моделі, яка була розроблена для пояснення розташування кристалів диселеніду вольфраму на сходинках сапфірової пластини». Зразки диселеніду вольфраму на сапфірі, отримані за допомогою цього нового процесу MOCVD, доступні дослідникам за межами штату Пенсільванія через програму користувача 2DCC-MIP. «Такі програми, як штучний інтелект та Інтернет речей, вимагатимуть подальшого покращення продуктивності, а також способів зменшення енергоспоживання електроніки», — сказав Редвінг.

Часова мітка:

Більше від Нановерк