Ph.D. kandidaat Saravana Balaji Basuvalingam van de faculteit Technische Natuurkunde van de TU / e heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld om op een gecontroleerde en effectieve manier een bibliotheek te laten groeien van zogenaamde “TMC-materialen” met verschillende eigenschappen bij lage temperaturen. Dit brengt de wereld een stap dichter bij het overstijgen van halfgeleiderapparaten op basis van silicium.
Naarmate de hoeveelheid gegevens die door de mensheid wordt geproduceerd exponentieel toeneemt, komt de vraag naar kleinere, snellere en goedkopere elektronische apparaten om deze gegevens te verwerken. Om aan deze vraag te voldoen, is de halfgeleiderindustrie continu op zoek naar manieren om apparaten kleiner dan 3 nm te schalen. Deze schaal is een belangrijke barrière voor de industrie, omdat deze bijna aan de grenzen ligt van wat er kan worden gedaan met silicium (Si), het meest gebruikte materiaal voor elektrische schakelingen. Onder die schaal hebben op silicium gebaseerde apparaten vaak slechte prestaties.
Bepaalde 2D-materialen, waarvan grafeen misschien wel het bekendste voorbeeld is, bieden de belofte om dit schaalprobleem op te lossen. Kenmerkend voor deze materialen is dat elke laag atomen vrijstaand op de laag atomen eronder staat, zonder enige bindingen tussen de lagen. De 2-D-materialen die zijn geclassificeerd als overgangsmetaalchalcogeniden (TMC’s) hebben aandacht gekregen vanwege hun uitstekende elektrische eigenschappen en dikte van minder dan 1 nm, waardoor apparaatprestaties vergelijkbaar zijn met Si-gebaseerde apparaten en een groot potentieel voor schaalvergroting.
Verschillende synthesebeperkingen beperken de implementatie van TMC’s in de industrie echter op een kosteneffectieve manier. Basuvalingam’s onderzoek had tot doel de meeste van deze technische beperkingen op te lossen, zoals het kweken van TMC’s in een voldoende groot gebied, bij lage temperatuur en met een goede beheersing van materiaaleigenschappen. Om dit te doen, gebruikte hij een dunnefilmbenadering die bekend staat als de atomic layer deposition (ALD) -methode. ALD is een van de meest prominente methoden om de verkleining van apparaatafmetingen in de halfgeleiderindustrie te vergemakkelijken, en de methode was al bestudeerd voor TMC’s die halfgeleidende eigenschappen vertonen.
Basuvalingam was de eerste die ALD bestudeerde om 2-D TMC’s te kweken met zowel halfgeleidende als metallische eigenschappen in een groot gebied bij lage temperaturen, en de eerste die controle kreeg over de samenstelling van het TMC-materiaal met behulp van dunne-filmsynthese. Zijn aanpak maakte het ook mogelijk om TMC’s te laten groeien in een 200 mm wafel en om controle te krijgen over de materiaaleigenschappen tussen metaal en halfgeleiders.
Zijn werk breidt de bibliotheek met materialen uit die kunnen worden gekweekt met behulp van een dunne-filmmethode en helpt ons een stap dichter bij kleinere, meer kosteneffectieve elektronische apparaten gemaakt van 2-D-materialen te komen.
Atoomlaagafzetting van laag-dimensionale overgangsmetaal di- en tri-chalcogeniden en hun heterostructuren. research.tue.nl/nl/publicatie… ansition-metal-di-an
Geleverd door Technische Universiteit Eindhoven