Kemi baner vejen for forbedrede elektroniske materialer

Indiumnitrid er et lovende materiale til brug inden for elektronik, men svært at fremstille. Forskere ved Linköpings universitet, Sverige, har udviklet et nyt molekyle, der kan bruges til at skabe indiumnitrid af høj kvalitet, gør det muligt at bruge det i, for eksempel, højfrekvent elektronik. Resultaterne er blevet offentliggjort i Kemi af materialer .

Den båndbredde, vi i øjeblikket bruger til trådløs dataoverførsel, er snart fuld. Hvis vi skal fortsætte med at overføre stadig større mængder data, den tilgængelige båndbredde skal øges ved at tage yderligere frekvenser i brug. Indiumnitrid kan være en del af opløsningen.

"Da elektroner ekstremt let bevæger sig gennem indiumnitrid, det er muligt at sende elektroner baglæns og fremad gennem materialet ved meget høje hastigheder, og skabe signaler med ekstremt høje frekvenser. Det betyder, at indiumnitrid kan bruges i højfrekvent elektronik, hvor det kan levere, for eksempel, nye frekvenser til trådløs dataoverførsel, ”siger Henrik Pedersen, professor i uorganisk kemi ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings universitet. Han har ledet undersøgelsen, som for nylig blev offentliggjort i Kemi af materialer .

Indiumnitrid består af nitrogen og et metal, indium. Det er en halvleder og kan derfor bruges i transistorer, som alle elektroniske enheder er baseret på. Problemet er, at det er svært at producere tynde film af indiumnitrid. Tynde film af lignende halvledermaterialer fremstilles ofte ved hjælp af en veletableret metode kendt som kemisk dampaflejring, eller CVD, hvor temperaturer mellem 800 og 1, 000 grader Celsius bruges. Imidlertid, indiumnitrid nedbrydes i dets bestanddele, indium og nitrogen, når den opvarmes til over 600 grader Celsius.

Forskerne, der gennemførte denne undersøgelse, har brugt en variant af CVD kendt som atomlagdeponering, eller ALD, hvor der bruges lavere temperaturer. De har udviklet et nyt molekyle, kendt som et indiumtriazenid. Ingen havde tidligere arbejdet med sådanne indiumtriazenider, og LiU -forskerne opdagede hurtigt, at triazenidmolekylet er et glimrende udgangsmateriale til fremstilling af tynde film. De fleste materialer, der bruges inden for elektronik, skal fremstilles ved at lade en tynd film vokse på en overflade, der styrer krystalstrukturen af ​​det elektroniske materiale. Processen er kendt som epitaxial vækst. Forskerne opdagede, at det er muligt at opnå epitaksial vækst af indiumnitrid, hvis siliciumcarbid bruges som substrat, noget der ikke tidligere var kendt. Desuden, indiumnitrid produceret på denne måde er ekstremt rent, og blandt indiumnitrid af højeste kvalitet i verden.

"Det molekyle, vi har produceret, et indiumtriazenid, gør det muligt at anvende indiumnitrid i elektroniske enheder. Vi har vist, at det er muligt at producere indiumnitrid på en måde, der sikrer, at det er tilstrækkeligt rent til at blive beskrevet som et ægte elektronisk materiale, ”siger Henrik Pedersen.

Forskerne opdagede en anden overraskende kendsgerning. Det er generelt accepteret blandt dem, der bruger ALD, at molekylerne ikke må have lov til at reagere eller nedbrydes på nogen måde i gasfasen. Men da forskerne ændrede temperaturen i belægningsprocessen, de opdagede, at der ikke kun er en, men to, temperaturer, hvor processen var stabil.

"Indiumtriazenidet nedbrydes i mindre fragmenter i gasfasen, og dette forbedrer ALD -processen. Dette er et paradigmeskift inden for ALD - ved hjælp af molekyler, der ikke er helt stabile i gasfasen. Vi viser, at vi kan opnå et bedre slutresultat, hvis vi lader det nye molekyle nedbryde i et vist omfang i gasfasen, ”siger Henrik Pedersen.

Forskerne undersøger nu lignende triazenidmolekyler med andre metaller end indium, og har opnået lovende resultater, når de bruges til at producere molekyler til ALD.