Ny indkapslingsteknik beskytter elektroniske egenskaber ved følsomme materialer

Når elektronikken bliver mindre, forskere søger efter bittesmå komponenter, der fungerer pålideligt i stadig mere snævre konfigurationer. Lovende elementer omfatter de kemiske forbindelser indium selenid (InSe) og gallium selenide (GaSe). I form af ultratynde lag, de danner todimensionale (2-D) halvledere. Men, indtil nu, de er næsten ikke blevet brugt, fordi de nedbrydes, når de kommer i kontakt med luft under fremstillingen. Nu, en ny teknik gør det muligt at integrere det følsomme materiale i elektroniske komponenter uden at miste de ønskede egenskaber. Metoden, som er beskrevet i tidsskriftet ACS -anvendte materialer og grænseflader , blev udviklet af Himani Arora, en ph.d.-kandidat i fysik ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

"Det lykkedes os at lave indkapslede transistorer baseret på indiumselenid og galliumselenid, "rapporterer Dr. Artur Erbe, leder af gruppen Transport i nanostrukturer ved HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Indkapslingsteknikken beskytter de følsomme lag mod ydre påvirkninger og bevarer dens ydeevne."

Til indkapsling, forskerne bruger sekskantet bornitrid (hBN). Det er ideelt til formålet, fordi det kan formes til et tyndt lag og også er inert, så den reagerer ikke på sit miljø.

Indium og galliumselenid ses som lovende kandidater til forskellige anvendelser inden for områder som højfrekvent elektronik, optoelektronik og sensorteknologi. Disse materialer kan laves til flagerlignende film, der kun er fem til 10 atomlag tykke, som kan bruges til at producere elektroniske komponenter af ekstremt små dimensioner.

Under indkapsling, 2-D-flagerne er arrangeret mellem to lag med sekskantet bornitrid og således fuldstændigt lukkede. Det øverste hBN -lag er ansvarlig for ydre isolering, den nederste for at opretholde afstanden til underlaget. Teknikken blev oprindeligt udviklet af gruppen af ​​James Hone ved Columbia University i New York, hvor Himani Arora lærte det under et forskningsbesøg. Doktoranden fortsatte efterfølgende med at arbejde med emnet på HZDR's International Helmholtz Research School (IHRS) NanoNet.

Anvendelse af kontakter uden litografi

En af de særlig store udfordringer ved indkapslingsteknikken var at anvende eksterne kontakter til halvlederne. Den sædvanlige metode til fordampning ved hjælp af en fotomask er uegnet, fordi under denne proces, de følsomme materialer kommer i kontakt både med kemikalier og med luft og nedbrydes dermed. Så HZDR-forskerne anvendte en litografi-fri kontaktteknik, der involverede metalelektroder fremstillet af palladium og guld indlejret i hBN-folie. Dette betyder, at indkapslingen og den elektriske kontakt med 2-D-laget nedenunder kan opnås samtidigt.

"For at producere kontakterne, det ønskede elektrodemønster ætses på hBN -laget, således at de skabte huller kan fyldes med palladium og guld ved hjælp af elektronstrålefordampning, "Forklarer Himani Arora." Derefter laminerer du hBN-folien med elektroderne på 2-D-flaget. "Når der er flere kontakter på en hBN-wafer, kontakt med flere kredsløb kan laves og måles. Til senere anvendelse, komponenterne stables i lag.

Som forsøgene har vist, komplet indkapsling med sekskantet bornitrid beskytter 2-D-lagene mod nedbrydning og nedbrydning og sikrer langsigtet kvalitet og stabilitet. Indkapslingsteknikken udviklet på HZDR er robust og let at anvende på andre komplekse 2-D materialer. Dette åbner nye veje for grundlæggende undersøgelser samt for at integrere disse materialer i teknologiske applikationer. De nye todimensionale halvledere er billige at producere og kan bruges til forskellige applikationer såsom detektorer, der måler lysbølgelængder. Et andet eksempel på brug ville være som koblere mellem lys og elektronisk strøm ved at generere lys eller skifte transistorer ved hjælp af lys.