Простая и неразрушающая технология изготовления может помочь в производстве более энергоэффективных двумерных (2-D) пленок, необходимых для преобразования электронной промышленности.

На фото: Схема процесса генерации атомарного азота с помощью радиочастотной плазмы. (Внизу) Вид поперечного сечения однослойного монослоя и многослойных полевых транзисторов WS2 с контактами Ti / Au. Фото: Американское химическое общество.

Атомно тонкие двумерные дихалькогениды переходных металлов (TMDC), такие как дисульфид вольфрама (WS2), проявляют замечательные физические, электронные и оптоэлектронные свойства, такие как гибкость, прозрачность и полупроводниковые характеристики.

Хотя был достигнут значительный прогресс в изготовлении двумерных TMDC, ультратонкая природа таких двумерных полупроводников исключает использование таких методов, как ионная имплантация, с последующим активирующим отжигом, для введения и удержания легирующих примесей в одно- или многослойных TMDC.

В настоящее время Донгжи Чи и его коллеги из Института материаловедения и инженерии и Института высокопроизводительных вычислений в A*STAR в сотрудничестве с исследователями из Национального университета Сингапура разработали инновационную методику, в которой используется высокореактивный азот (N). атомы для контроля легирующих примесей в пленках WS2 на атомном уровне, и обещает надежный метод для легирования двумерных TMDCs.

«Нынешняя неспособность эффективно допустить двумерные TMDC препятствует разработке энергоэффективных устройств, таких как полевые транзисторы, с использованием технологий производства, которые в настоящее время применяются в полупроводниковой промышленности», — говорит Чи.

TMDC, такие как WS2, обычно являются полупроводниками n-типа, и в настоящее время нет надежных способов изготовления атомно-тонких TMDC p-типа. Это особенно неприятно, поскольку это означает, что двумерные устройства TMDC по необходимости в основном основаны на КМОП-полевых транзисторах n-типа — полевых транзисторах (полевых транзисторах), изготовленных с использованием комплементарных технологий металл-оксид-полупроводник (КМОП). Отсутствие эффективного способа изготовления КМОП-транзисторов на базе TMDC p-типа 2-D ограничивает создание электроники следующего поколения, оптоэлектронных устройств и технологий экологически чистой энергии.

Таким образом, исследователи обратили внимание на атомарный азот, поскольку в отличие от современных методов легирования, таких как ионная имплантация или плазменная имплантация, он может обеспечить эффективное легирование p-типа в двумерных КМОП-полевых транзисторах на основе TMDC, не вызывая заметного структурного повреждения.

Для получения атомарного N они использовали плазму для генерации ионизированного и атомарного N в керамической полости и прикладывали электрическое поле для удержания ионов азота, позволяя атомам N реагировать с образцом WS2, нагретым до 300 градусов С.

Высокая химическая активность и низкая кинетическая энергия N привели к модификации структуры на монослойной или многослойной глубине в WS2 путем замены атомов серы и образования химических связей WN. Это оказалось идеальным для контроля легирующих примесей в атомном масштабе.

«В отличие от других методов легирования TMDC, таких как молекулярная хемосорбция, физическая сорбция и легирование азотной плазмой, наш метод вводит азот в места замещения серы, заменяя серу азотом, не вызывая повреждения слоев TMDC», — говорит Чи.

«Наша работа может помочь ускорить развитие технологий электроники и оптоэлектроники следующего поколения, таких как логические схемы сверхмалых мощностей и интеллектуальные датчики, основанные на 2-D полупроводниковых TMDC», — говорит Чи.

По материалам сайта phys.org