В производстве полупроводников зарождение кристаллов, то есть момент, когда они начинают формироваться, определяет, где и как они будут расти. Это особенно важно для двумерных (2D) полупроводников, которые перспективны для электроники следующего поколения. Однако традиционные методы селективного выращивания не позволяют надежно контролировать, где именно в заданных областях начнут формироваться кристаллы, что затрудняет получение крупных монокристаллов и структур с точной ориентацией для электронных устройств.
Как сообщает EurekAlert!, корейские ученые представили метод под названием «одноцентровое зародышеобразование с помощью флюса и травления» (EF-SCN), в котором используется кислород, высвобождаемый из оксидного барьера, для контроля места зарождения кристаллов.
Используя этот подход, исследователи вырастили дисульфид молибдена (MoS2), двумерный полупроводник, на подложках с заданным рисунком методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. Они окружили каждую заданную область роста барьером из оксида гафния (HfO2), который выделяет кислород при нагревании до 750 °C. Кислород вытравливает материал вблизи границ рисунка, подавляя образование зародышей в этих областях и способствуя формированию монокристалла в центре. По мере роста кристалл расширяется, образуя более крупную область монокристалла.
Ученые продемонстрировали стабильное зарождение кристаллов в центральной части структурированных массивов. По мере роста кристаллы заполняли отведенные им области, образуя монокристаллические домены размером в несколько микрометров.
Исследователи также изучили, как условия роста влияют на формирование кристаллов.Они обнаружили, что скорость подачи диэтилсульфида, который является источником серы, в первую очередь влияет на количество образующихся зародышей.Недостаточное количество может препятствовать зарождению кристаллов, а избыточное — привести к образованию нескольких кристаллов.Скорость подачи прекурсора молибдена влияет на то, насколько большими вырастут кристаллы.Регулируя эти условия и размеры рисунка, исследователи получили крупные кристаллы и линейные каналы, пригодные для интеграции транзисторов.
Исследователи получили кристаллы диаметром около 8 микрометров и монокристаллические пленки, заполняющие области роста размером 10 микрометров. На подложке диаметром 2 сантиметра выход монокристаллов превысил 99%.
«Чтобы оценить электронные свойства этих кристаллов, наша команда изготовила полевые транзисторы из дисульфида молибдена, выращенного с помощью нашего метода EF-SCN», — говорит профессор Ву Хи Ким, один из авторов исследования. Устройства показали подвижность электронов до 117 см2 В-1 с-1. В одном кристалле удалось разместить четыре транзистора с разницей в подвижности электронов всего в 7,8 %, что демонстрирует потенциал для создания более плотных электронных схем с более стабильной работой.
Полученные результаты подтверждают, что метод EF-SCN позволяет контролировать, где образуются кристаллы, как они растут и как их можно использовать в электронных устройствах.
«Этот подход выходит за рамки традиционного селективного выращивания и обеспечивает высокую воспроизводимость роста монокристаллов, а также дает общую основу для программирования положения центров кристаллизации, геометрии кристаллов и последующей интеграции в устройства», — считают ученые.
Источник: russianelectronics.ru