Nieuwe synthesetechnologie voor 2D-halfgeleiders met één kristal kunnen apparaten van de volgende generatie voortbrengen

Een onderzoeksteam heeft met succes een nieuwe synthesetechnologie ontwikkeld voor 2D -halfgeleiders. Deze techniek maakt de directe groei mogelijk van 2D-halfgeleiders met een single-kristal op verschillende substraten op wafelschaal. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuur.

Met de vooruitgang van de technologie voor kunstmatige intelligentie (AI) is de vraag naar verbeterde halfgeleiderprestaties toegenomen, samen met actief onderzoek naar het verminderen van het stroomverbruik in halfgeleiderapparaten. Als gevolg hiervan krijgen nieuwe halfgeleidermaterialen om conventioneel silicium te vervangen, aandacht.

Onder hen zijn 2D-materialen zoals overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD’s) benadrukt als halfgeleiders van de volgende generatie vanwege hun dunne structuur en uitstekende elektrische eigenschappen. Er is momenteel echter een gebrek aan massaproductietechnologie om ze in hoge kwaliteit te synthetiseren en industrieel te gebruiken.

De meest veelbelovende synthesemethode tot nu toe, chemische dampafzetting (CVD), lijdt aan problemen zoals afbraak van elektrische eigenschappen en de noodzaak om gekweekte TMD’s over te dragen naar verschillende substraten, wat extra complexiteit aan het proces toevoegt. Bovendien vereist de methode “epitaxy”, die TMD’s groeit op zeer kristallijne substraten, ook een overdrachtsproces en is beperkt tot specifieke substraten.

Bijgevolg is de ontwikkeling van geavanceerde 3D-integratietechnologie op basis van hoogwaardige TMDS naar voren gekomen als een cruciale uitdaging in de moderne halfgeleiderindustrie, wat de dringende behoefte aan een nieuwe TMD-synthesemethode verder benadrukt.

Om dit probleem aan te pakken, ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​volledig nieuwe groeimethode. Ze introduceerden een benadering die 2D-materialen gebruikt-zoals grafeen en zeshoekige boornitride-als sjablonen, die TMD-kristaluitlijning leiden om de synthese van perfect single-kristallijne TMD-films op elk substraat mogelijk te maken. Deze techniek, genaamd “Hypotaxy”, werd voor het eerst in de wereld ontwikkeld. De naam “Hypotaxy” werd afgeleid door “hypo” te combineren (wat “neerwaarts”) en “taxy” betekent (wat “arrangement” betekent), als gevolg van het neerwaartse groei -kenmerk van de gesynthetiseerde films.

>>

Deze technologie houdt een aanzienlijk industrieel potentieel in, omdat het de groei van Single-Crystal TMD’s bij een lage temperatuur (400 ° C) mogelijk maakt, waardoor deze compatibel is met bestaande productieprocessen voor halfgeleiders. Bovendien verdwijnt de grafeensjabloon natuurlijk zonder een proces na verwijdering te vereisen, en de dikte van de metalen film kan precies worden gecontroleerd om het aantal TMD-lagen te reguleren. Deze onderscheidende kenmerken stellen hypotaxie af van bestaande methoden.

Bovendien hebben halfgeleiderapparaten gefabriceerd met behulp van TMD’s gesynthetiseerd door hypotaxie een hoge ladingsdragermobiliteit en uitstekende apparaatuniformiteit, wat aangeeft dat hypotaxie een groot potentieel heeft om bij te dragen aan de ontwikkeling van krachtige, hoge-integratie 2D semiconductor-apparaten en de commercialisering van de volgende generatie 2D-semiconductoren.

Naast de toepassing ervan in de groei van 2D halfgeleiders, wordt hypotaxie erkend als een innovatieve techniek die van toepassing is op de synthese van alle kristallijne dunne-filmmaterialen. Door niet alleen de beperkingen van traditionele halfgeleiderfabricagemethoden te overwinnen, maar ook een precieze controle over kristaloriëntatie en structuur door sjablating mogelijk te maken, presenteert deze benadering een baanbrekende methode die nog nooit eerder is voorgesteld.

Professor Gwan-Hyoung Lee, die het onderzoek leidde, benadrukte het belang van de studie en verklaarde: “De hypotaxie-techniek die we hebben ontwikkeld, overwint de beperkingen van Epitaxy, een concept dat voor het eerst wordt voorgesteld in de jaren 1930 en een fundamentele pijler van moderne elektronische apparaten-ontwikkeling. Sinds de ontwikkeling van het Hypotax. benadering in materialentechniek. “

Donghoon Moon, de eerste auteur van het artikel, dacht na over het onderzoeksproces en zei: “De grootste uitdaging was het afbreken van de conventionele perceptie van epitaxy, die de standaard is geweest voor het synthetiseren van verschillende materialen van hoge kwaliteit. Net zoals hypotaxy is gekomen van een contra-intuïtief perspectief op epitaxy, dient deze prestatie als een katalysant voor een nieuwe materiaalontwikkeling en het aantal nieuwe materiaalontwikkeling en het aantal nieuwe materiaalontwikkeling. structuren. “