Создание сверхтонкой электроники, такой как передовые транзисторы, фотодетекторы и квантовые устройства, включает в себя послойное наложение листов различных двумерных материалов друг на друга.
Американские исследователи разработали новую методику, позволяющую обнаруживать скрытые дефекты и повышать надежность сверхтонкой электроники.
Группа исследователей из Университета Райса показала, что труднообнаружимые дефекты в широко используемом двухмерном изоляторе могут захватывать электрические заряды и локально ослаблять материал, повышая вероятность его выхода из строя при низких напряжениях.
Будущие устройства станут более надежными.
«Показав практические способы обнаружения того, когда и где образуются эти дефекты, мы помогаем сделать будущие устройства более надежными и воспроизводимыми», — сказала Хэ Ён Ли, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии в Университете Райса, один из авторов данного исследования.
Исследовательская группа подчеркнула, что создание сверхтонкой электроники, такой как передовые транзисторы, фотодетекторы и квантовые устройства, включает в себя наложение слоев различных двумерных материалов друг на друга в виде «гетероструктур».
Гексагональный нитрид бора (hBN), ценимый за свою атомарную плоскость и химическую стабильность, является распространенным строительным блоком.
Ли отметил, что прочность, цвет и электрические свойства материала зависят от расположения его атомов. Однако реальные материалы не идеальны. В случае с hBN, по словам Ли, команда обнаружила, что могут возникать длинные, узкие дефекты, похожие на складки, образующиеся при смещении нескольких страниц книги. По словам исследователей, эти скрытые дефекты образуются легко и их так же легко пропустить.
Новая техника
Исследователи отделили тонкие хлопья hBN от объемного кристалла с помощью клейкой ленты, а затем перенесли их на кремниевые и кремниевые подложки. Они предположили, что такая обычная процедура может деформировать листы, вызывая дефекты, называемые дефектами упаковки.
«Чтобы это проверить, мы сделали снимки одних и тех же хлопьев hBN до и после переноса», — сказал Ли.
Под обычным оптическим или атомно-силовым микроскопом чешуйки выглядели гладкими и безупречными. Затем в Центре совместного использования оборудования Университета Райса образцы были исследованы с помощью катодолюминесцентной спектроскопии — метода, который сканирует материал электронным пучком и регистрирует излучаемый им свет, согласно пресс-релизу.
«hBN излучает глубокий ультрафиолетовый свет, который многим лабораториям трудно возбудить. Эта карта излучения выявила яркие, узкие дефекты упаковки, которые другие методы пропускают — одна из причин, по которой их игнорировали», — сказал Ли.
Исследователи выявили, что дефекты образуются легче в более толстых чешуйках. Кроме того, изменение структуры приводит к изменению характеристик материала.
Эти скрытые дефекты действуют как крошечные зарядовые карманы и ослабляют изоляцию: один и тот же hBN может начать пропускать электричество при гораздо более низком напряжении вдоль дефектов, чем в соседних областях. Это означает, что два устройства, изготовленные одинаковым способом, могут вести себя по-разному, если одно из них содержит эти линии повреждений, как поясняет Ли.
Объединив электронную микроскопию, катодолюминесцентное картирование и измерения на основе силы, команда разработала практический способ обнаружения этих дефектов до того, как они приведут к поломке устройства. Как указано в пресс-релизе, этот подход также может быть применен к другим слоистым материалам.
Sourse: interestingengineering.com
