Поскольку полупроводниковая технология на основе кремния достигает своего максимального предела производительности, ожидается появление новых материалов, которые могут заменить или частично заменить кремний в технологии.

В последнее время появление графена и других двумерных (2D) материалов обеспечивает новую платформу для разработки передовых полупроводниковых технологий. Дихалькогениды переходных металлов (TMD), такие как MoS ₂ WS ₂ WSe ₂ и MoSe ₂ являются частью этой группы, которые считаются наиболее интересными двумерными полупроводниками.

Предпосылкой для разработки сверхмалых высокопроизводительных полупроводниковых схем является то, что основные материалы должны быть монокристаллами в масштабе пластины, такими же, как кремниевая пластина, используемая в настоящее время. Несмотря на то, что было приложено много усилий для создания монокристаллов TMD в масштабе пластины, до сих пор успех был минимальным.

Известный профессор Фэн Дин и его исследовательская группа из Центра многомерных углеродных материалов (CMCM) Института фундаментальных наук (IBS) при UNIST в сотрудничестве с учеными из Пекинского университета (PKU), Университета Фудань и Пекинского института of Technology, недавно описал прямой рост 2-дюймовых монокристаллических пленок WS ₂ .

В дополнение к WS ₂ группа также продемонстрировала разработку монокристаллического MoS ₂ WSe ₂ и MoSe ₂ в масштабе пластин.

Основная технология эпитаксиального выращивания большого одиночного кристалла заключается в том, чтобы гарантировать, что все маленькие монокристаллы, выращенные на подложке, будут равномерно выровнены. Поскольку TMD обладают нецентросимметричной структурой или зеркальное отображение TMD по отношению к его краю имеет противоположное выравнивание, такая симметрия должна быть нарушена путем тщательного проектирования подложки.

Согласно теоретическим расчетам, исследователи предложили механизм «роста эпитаксии, управляемого двойной связью» для экспериментальной схемы. Взаимодействие WS2-плоскости сапфира является основной движущей силой, приводящей к двум желаемым антипараллельным ориентациям островков WS ₂ .

Связь между WS ₂ и сапфировым уступом является следующей движущей силой, и она нарушит вырождение двух антипараллельных выравниваний.

Тогда все монокристаллы TMD, выращенные на подложке со ступенчатыми краями, ориентированы в одном направлении. Наконец, слияние этих небольших монокристаллов приводит к образованию большого монокристалла того же размера, что и подложка.

Этот новый механизм роста эпитаксии с двойным взаимодействием является новым для контролируемого роста материалов. В принципе, это позволяет нам реализовать выращивание всех 2D-материалов в монокристаллы большой площади, если будет найдена подходящая подложка.

Д-р. Тинг Ченг, соавтор исследования

«Мы рассмотрели, как выбрать подходящие подложки теоретически. Во-первых, субстрат должен иметь низкую симметрию и, во-вторых, желательно большее количество ступенчатых краев », подчеркивает профессор Фэн Дин, автор исследования.

Это большой шаг вперед в области устройств на основе 2D материалов. В качестве успешного роста монокристаллических 2D TMD в масштабе пластины на изоляторах помимо графена и hBN на подложках из переходных металлов, наше исследование обеспечивает необходимый краеугольный камень 2D-полупроводников в высокотехнологичных приложениях электронных и оптических устройств.

Профессор Фэн Дин, автор исследования, Центр многомерных углеродных материалов, Институт фундаментальных наук, UNIST

Ссылка на журнал:

Wang, J., и др. . (2021) Эпитаксиальный рост на основе двойного взаимодействия монокристаллического WS ₂ монослоя в масштабе пластины на вицинальном сапфире в a-плоскости. Природа Нанотехнологии . doi.org/10.1038/s41565-021-01004-0.

Источник: https://www.ibs.re.kr