Undersøgelse viser atomlagsaflejringsvej til skalerbare, elektroniske van der Waals tellur tynde film

Et forskerhold, ledet af professor Joonki Suh i Institut for Materialevidenskab og Engineering og Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering ved UNIST, har fået et betydeligt gennembrud inden for tyndfilmsdepositionsteknologi. Ved at anvende en innovativ atomlagaflejringsproces (ALD) opnåede professor Seo med succes en regelmæssig opstilling af tellur (Te)-atomer ved lave temperaturer så lave som 50 grader Celsius.

ALD-metoden er en banebrydende tyndfilmproces, der muliggør præcis stabling af halvledermaterialer på atomlagsniveau på tredimensionelle strukturer - selv ved lave procestemperaturer. Traditionel anvendelse på næste generations halvledere kræver dog høje behandlingstemperaturer over 250 grader Celsius og yderligere varmebehandling på over 450 grader Celsius.

I denne forskning anvendte UNIST-teamet ALD på monoelemental van der Waals tellur - et materiale, der er under omfattende undersøgelse for dets potentielle anvendelser i elektroniske enheder og termoelektriske materialer.

Bemærkelsesværdigt nok har de med succes fremstillet Te-tynde film af høj kvalitet uden nogen form for varmebehandling efter afsætning ved en hidtil uset lav temperatur på kun 50 grader Celsius. De resulterende film udviste enestående ensartethed med præcist kontrolleret tykkelse ned til nanometerskala - hvilket opnåede perfekt atomarrangement med én ud af hver milliard atomer.

For at øge reaktiviteten ved lavere temperaturer brugte forskerholdet to prækursorer med syre-base egenskaber. Derudover introducerede de co-reaktanter for at forbedre overfladereaktioner og stabilitet, mens de adopterede en gentagen doseringsteknik ved at injicere precursorer i kortere intervaller. Disse strategier muliggjorde produktion af tætte og kontinuerlige Te-tynde film sammenlignet med konventionelle metoder, der ofte resulterede i porøse eller diskontinuerlige kornaflejringer.

Den udviklede fremstillingsproces muliggjorde vækst i wafer-skala på hele 4-tommer (100 mm) wafere, hvilket giver præcis tykkelseskontrol på atomlagniveau og ensartet aflejring. Desuden demonstrerede Te tynde film kompatibilitet med vertikale tredimensionelle strukturer - et afgørende krav for høj enhedsintegration. Dette gennembrud rummer et betydeligt potentiale for forskellige elektroniske enheder såsom transistorer, ensrettere og udvalgselementer.

"Denne forskning opfylder alle de væsentlige kriterier for lavtemperatur-, stort-areal- og højkvalitetssyntese i halvlederaflejringsprocesser," sagde professor Suh.

Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i ACS Nano .

Flere oplysninger: Changhwan Kim et al., Atomic Layer Deposition Route to Scalable, Electronic-Grade van der Waals Te Thin Films, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c03559

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Ulsan National Institute of Science and Technology