Технология за производство без вода може да спомогне за напредъка в интеграцията на 2D електрониката

22.10.2024   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Бъдещето на технологиите се сблъсква с вековен проблем - ръждата. Когато метална сплав, съдържаща желязо, реагира с кислород и влага, възникващата корозия значително възпрепятства дълготрайността и използването на детайлите в автомобилостроенето. Макар че в полупроводниковото производство това не се нарича "ръжда", окисляването е особено проблематично при двуизмерните (2D) полупроводникови материали, които контролират електрическите потоци в електронните устройства, тъй като всяка корозия може да направи безполезен тънкия от атомен порядък материал. Екип от учени и браншови експерти обяви, че е разработил процес на синтез за получаване на "ръждоустойчиво" покритие с допълнителни свойства, идеални за създаване на по-бърза и по-издръжлива електроника.   

Екипът, ръководен от учени от Държавния университет на Пенсилвания (PennState), публикува работата си в Nature Communications. 

2D материалите са свръхтънки, с дебелина само един или няколко атома. Те са обещаващи за създаването на полупроводникови елементи, тъй като тънкостта им осигурява по-кратък и по-пряк път на електроните да се движат бързо и с по-малко съпротивление през материала. Това от своя страна позволява по-бърза и по-ефективна работа на електронните компоненти.  

"Един от най-големите проблеми, които наблюдаваме при изследванията на 2D полупроводници в наши дни, е фактът, че материалите се окисляват бързо", казва Джошуа Робинсън, професор по материалознание и инженерство и съавтор на научния труд. "Трябва да се гарантира тяхната дългосрочна надеждност, защото те влизат в транзистори или сензори, които трябва да издържат години. В момента тези материали не издържат повече от седмица на открито."

Борен нитрид

Традиционните методи за защита на тези материали от ръждясване включват покрития на основата на оксиди, но при тези процеси често се използва вода, която по ирония на съдбата може да ускори самото окисляване, което те целят да предотвратят. Подходът на екипа към този проблем е да се потърси материал и метод за нанасяне на покрития, които могат да избегнат изцяло използването на вода. Така се появява аморфният борен нитрид (a-BN).

"Искахме да избегнем използването на вода в процесите, така че проучихме при какви 2D материали не се използва вода при обработката и аморфният борен нитрид се оказа е един от тях", заявява Робинсън.  

Некристалната форма на борния нитрид (a-BN) е известна с високата си термична стабилност и електроизолационни свойства, което я прави идеална за използване в полупроводници за изолиране на компоненти, предотвратяване на нежелани електрически токове и подобряване на работата на устройствата.

Надеждно функциониране на електрониката

Робинсън обяснява, че a-BN a има висока диелектрична якост - мярка, показваща способността на материала да издържа на силни електрически полета, без да се разрушава, което е критичен фактор за надеждното функциониране на електрониката.  

"Високата диелектрична якост, показана от a-BN, е сравнима с най-добрите налични диелектрици и не ни е необходима вода, за да я реализираме. Това, което демонстрирахме в статията, е, че включването на аморфен борен нитрид води до подобряване на ефективността на приборите в сравнение само с конвенционалните диелектрици", разказва Робинсън.  

Въпреки че покритието е помогнало за създаването на по-добър 2D транзистор, нанасянето на покритието върху 2D материали се е оказало предизвикателство. В двуизмерните материали липсват "висящи" връзки, които представляват несдвоени електрони на повърхността на материала, които реагират или се свързват с други атоми. Стандартният едностъпков процес, при който се използват по-високи температури за покриване на материалите, води до неравномерни и прекъснати покрития, които са доста под качеството, необходимо за правилното функциониране на електрониката.  

За да покрие равномерно 2D материалите с a-BN, екипът разработва нов двустепенен метод за отлагане на атомни слоеве, който включва първо отлагане на тънък нискотемпературен "семенен слой" от a-BN, преди да загрее камерата до типичните температури на отлагане между 250 и 300 градуса по Целзий. Това не само позволява на учените да получат равномерно покритие от a-BN върху 2D полупроводниците, но и води до 30 - 100% подобрение (в зависимост от конструкцията на транзистора) при ефективността на транзистора в сравнение с устройствата, които не използват a-BN.

Ключови думи: PennState   покрития  

Област: Електроника