Fremme af 2D-materialer:Opnåelse af målet med UV-assisteret atomlagsaflejring

I 2004 blev offentligheden først bekendt med grafen - et bemærkelsesværdigt tyndt, fleksibelt og elektrisk ledende materiale med betydelig styrke. Men at udnytte grafens potentiale som en komponent har givet adskillige udfordringer.

For eksempel kræver det at skabe elektrodebaserede transistorer aflejring af ekstremt tynde dielektriske film. Desværre har denne proces ført til en reduktion i grafens elektriske egenskaber og forårsaget defekter under implementeringen.

Et forskerhold bestående af medforskere, herunder professor Jihwan An fra Institut for Mekanisk Teknik ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Dr. Jeong Woo Shin fra Institut for Mekanik på NTU Singapore og Geonwoo Park fra Instituttet af MSDE ved SEOULTECH anvendte en ny tilgang kaldet UV-assisteret atomlagaflejring (UV-ALD) til at behandle grafenelektroder.

Denne banebrydende teknik resulterede i succesfuld produktion af højtydende grafen-dielektrisk grænseflade. Deres resultater blev omtalt i Advanced Electronic Materials .

Forskerholdet blev det første til at anvende UV-ALD til aflejring af dielektriske film på overfladen af ​​grafen, som er et 2D-materiale. Atomisk lagaflejring (ALD) involverer tilføjelse af ultratynde lag på atomær skala til et substrat, og dets betydning er vokset betydeligt, efterhånden som halvlederkomponenter er skrumpet i størrelse. UV-ALD, som kombinerer ultraviolet lys med aflejringsprocessen, muliggør mere dielektrisk filmplacering end traditionel ALD. Ingen havde dog udforsket anvendelsen af ​​UV-ALD til 2D-materialer såsom grafen.

Forskerholdet brugte UV-lys med et lavt energiområde (under 10 eV) til at afsætte dielektriske atomlagsfilm på grafenoverfladen, hvilket effektivt aktiverede grafenoverfladen uden at gå på kompromis med dens iboende egenskaber. Denne aktivering blev opnået under specifikke forhold (inden for 5 sekunder pr. cyklus under ALD-processen), hvilket demonstrerer muligheden for at afsætte dielektriske film med høj densitet og høj renhed ved lave temperaturer (under 100 ℃).

Da grafenfelteffekttransistorer blev fremstillet ved hjælp af UV-ALD-processen, forblev grafenens exceptionelle elektriske egenskaber intakte. Resultatet var en tredobling af ladningsmobilitet og en signifikant reduktion i Dirac-spænding på grund af de reducerede defekter på grafenoverfladen.

Professor Jihwan An, der ledede forskningen, forklarede:"Gennem UV-ALD opnåede vi højtydende grafen-dielektrisk grænseflade." Han tilføjede yderligere:"Vores undersøgelse resulterede i ensartet atomlagsaflejring uden at kompromittere egenskaberne af dette 2D-materiale. Jeg håber, at denne udvikling vil bane vejen for næste generation af halvledere og energienheder."

Flere oplysninger: Geonwoo Park et al., højtydende grafen-dielektrisk grænseflade ved UV-assisteret atomlagsaflejring for grafenfelteffekttransistor, avancerede elektroniske materialer (2023). DOI:10.1002/aelm.202300074

Leveret af Pohang University of Science and Technology