::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Разработана новая технология производства полупроводников на основе атомно-слоевого осаждения
Для создания полупроводников нового поколения и электронных устройств с низким энергопотреблением необходимо точно укладывать друг на друга материалы с разными функциями. В этом процессе важно сохранить внутренние свойства каждого материала, а также границу раздела между двумя материалами без повреждений. Слоистые ван-дер-ваальсовы материалы, в том числе дихалькогениды переходных металлов (ДПМ), привлекают большое внимание как полупроводниковые платформы следующего поколения, поскольку их слои взаимодействуют за счет слабых сил, что позволяет создавать многослойные структуры из различных материалов, сохраняя атомарную чистоту границ.
Исследовательская группа факультета химической и биомолекулярной инженерии Корейского института передовых технологий в сотрудничестве с Университетом Ханьян и Университетом Райса в США разработала новую технологию производства полупроводников на основе атомно-слоевого осаждения (Atomic Layer Deposition, ALD). ALD — это процесс тонкопленочного осаждения, при котором полупроводниковые прекурсоры подаются последовательно, что позволяет осаждать однородные тонкие пленки с контролем толщины на атомном уровне. Статья опубликована в Science Advances.
Исследователи сосредоточились на ван-дер-ваальсовых материалах. Эти двумерные полупроводниковые материалы состоят из множества атомных слоев, удерживаемых вместе слабыми межслойными силами, что позволяет разделять их на листы толщиной с бумагу. Поскольку ван-дер-ваальсовы материалы можно свободно укладывать друг на друга, они привлекают внимание как ключевые строительные блоки для чипов искусственного интеллекта следующего поколения и полупроводниковых устройств со сверхнизким энергопотреблением.
Ученые разработали новый метод, который позволяет прекурсорам, содержащим теллур (Te) — молекулярным строительным блокам, используемым для изготовления полупроводников, — свободно перемещаться по поверхности, находить наиболее энергетически стабильные позиции и образовывать тонкую пленку.
Теллур привлекает внимание как ключевой материал для полупроводников и оптоэлектронных устройств следующего поколения, включая фотодетекторы и светоизлучающие диоды (LED), поскольку он сочетает в себе сильно зависящую от направления электропроводность с превосходными свойствами управления светом.
Используя этот подход, исследовательская группа добилась равномерного эпитаксиального роста теллура в одном направлении на ван-дер-ваальсовых материалах — двумерных полупроводниковых материалах нового поколения, состоящих из множества атомно-тонких слоев, уложенных друг на друга, как листы бумаги, — при низкой температуре 150 °C (302 °F) с помощью атомно-слоевого осаждения.
При эпитаксиальном росте новая полупроводниковая плёнка упорядоченно наращивается в соответствии с атомным строением нижележащего кристалла, что позволяет создавать высококачественные полупроводниковые плёнки. Этот процесс можно сравнить со складыванием кирпичей в ряд в одном направлении, а не в произвольном порядке, что может улучшить электропроводность и повысить характеристики полупроводников.
Исследователи также подтвердили, что эту технологию можно применять к целому ряду ван-дер-ваальсовых материалов, включая диселенид вольфрама (WSe2), дисульфид молибдена (MoS2), диселенид рения (ReSe2) и слюду. Это доказывает, что метод применим не только к одному материалу, но и может использоваться с различными полупроводниковыми материалами следующего поколения.
Затем ученые использовали полученные полупроводниковые пленки для изготовления транзисторов — ключевых полупроводниковых устройств, которые регулируют поток электрического тока, а также оптоэлектронных устройств, которые улавливают или излучают свет. Это продемонстрировало, что новая технология производства применима не только для выращивания материалов в лабораторных условиях, но и для изготовления функциональных полупроводниковых устройств.