Studie toont de route van afzetting van atomaire lagen aan naar schaalbare dunne films van tellurium van elektronische kwaliteit

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Joonki Suh van de afdeling Materials Science and Engineering en de Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering van UNIST heeft een belangrijke doorbraak bereikt in de technologie voor dunne-filmdepositie. Door gebruik te maken van een innovatief atomic layer deposition (ALD) proces, slaagde professor Seo erin om tellurium (Te) atomen regelmatig te rangschikken bij lage temperaturen tot wel 50 graden Celsius.

De ALD-methode is een geavanceerd dunnefilmproces dat het nauwkeurig stapelen van halfgeleidermaterialen op atomair laagniveau op driedimensionale structuren mogelijk maakt, zelfs bij lage procestemperaturen. Traditionele toepassing op halfgeleiders van de volgende generatie vereist echter hoge verwerkingstemperaturen boven de 250 graden Celsius en aanvullende warmtebehandelingen boven de 450 graden Celsius.

In dit onderzoek heeft het UNIST-team ALD toegepast op mono-elementair van der Waals-tellurium, een materiaal dat uitgebreid wordt onderzocht vanwege de mogelijke toepassingen ervan in elektronische apparaten en thermo-elektrische materialen.

Opmerkelijk genoeg vervaardigden ze met succes dunne Te-films van hoge kwaliteit zonder enige warmtebehandeling na depositie bij een ongekend lage temperatuur van slechts 50 graden Celsius. De resulterende films vertoonden een uitzonderlijke uniformiteit met nauwkeurig gecontroleerde dikte tot op nanometerschaal, waardoor een perfecte atoomrangschikking werd bereikt met één op de miljard atomen.

Om de reactiviteit bij lagere temperaturen te verbeteren, gebruikte het onderzoeksteam twee voorlopers met zuur-base-eigenschappen. Bovendien introduceerden ze co-reactanten om oppervlaktereacties en stabiliteit te verbeteren, terwijl ze een herhalende doseringstechniek toepasten door precursoren met kortere tussenpozen te injecteren. Deze strategieën maakten de productie van dichte en continue dunne Te-films mogelijk in vergelijking met conventionele methoden die vaak resulteerden in poreuze of discontinue korrelafzettingen.

Het ontwikkelde productieproces maakte groei op waferschaal mogelijk op volledige wafers van 4 inch (100 mm), wat een nauwkeurige controle van de dikte op atomair laagniveau en een uniforme afzetting mogelijk maakte. Bovendien toonden de dunne Te-films compatibiliteit met verticale driedimensionale structuren aan – een cruciale vereiste voor hoge apparaatintegratie. Deze doorbraak biedt een aanzienlijk potentieel voor verschillende elektronische apparaten, zoals transistors, gelijkrichters en selectie-elementen.

“Dit onderzoek voldoet aan alle essentiële criteria van synthese bij lage temperaturen, grote oppervlakken en hoge kwaliteit in halfgeleiderdepositieprocessen”, aldus professor Suh.

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in ACS Nano.