несмотря на удивительные свойства graphene и всю технику, которая ушла в то, чтобы дать чудодейственный материал разрыв в группах, его перспективы цифровой логики остаются такими же сомнительными, как они когда-либо были.

фото: jose-luis olivares / mit

но список использования графена в электронике за пределами цифровой логики продолжает расти. последнее из них связано с исследованиями, в которых графен мог сделать использование экзотических полупроводников более доступным для отраслей промышленности путем подготовки полупроводниковых тонких пленок без высокой стоимости использования объемных пластин из материалов.

в исследованиях, описанных в журнале, тонкая пленка графена помещается поверх пластины арсенида галлия (гааса). тогда составные полупроводники, которые состоят из более чем одного элемента, такого как арсенид галлия (гааз), фосфид индия (inp) и арсенид индия галлия (ingaas), выращены поверх этого графенового слоя в процессе эпитаксии.

поскольку графен является инертным и тонким на подложке, электронные потенциальные поля, выходящие из подложки гааса, могут проникать через графен. это позволяет «информации» относительно атомной структуры субстрата пройти. таким образом, пленка гааса, которая была выращена на вершине графена, способна принимать ту же атомную структуру, что и подложка. то после того, как составные полупроводники приобрели форму, графен достаточно скользкий, чтобы облегчить отслаивание выращенного полупроводника, оставив подстилающую пластину невредимой.

«Создание отдельно стоящих« монокристаллических ».... тонкие фильмы - это пресловутый вызов в сообществе материаловедения », - говорит jeehwan kim, доцент кафедры mit, в электронном интервью с использованием спектра ieee. «Удивительный аспект проекта заключается в том, что мы смогли создать крупномасштабные полупроводниковые полупроводники на основе графена, которые могли легко отслаиваться».

фото: jose-luis olivares / mitless, сделанные с использованием техники копировальной машины графена.

благодаря использованию вычислений, называемых теорией функциональных функций плотности первого принципа (dft), исследователи смогли моделировать электронный потенциал через вакуумный зазор между пластиной гааса и тонкой пленкой гааса. модель показала, что когда этот зазор составляет менее 0,9 нанометра, электронный потенциал подложки гааза может все еще взаимодействовать с атомами галлия и мышьяка.

основанные на этих расчетах, исследователи ми ми знали, что атомная кристаллическая структура пластины будет перенесена в составный полупроводник. пластина служит слоем кристаллического семени для выращивания на нем однокристаллических устройств. единственным желательным аспектом пластины является ее полированная поверхность, которая действует как монокристаллическая матрица, но пластина специально сделана толще, чтобы придать ей механическую жесткость, чтобы выдерживать жесткую обработку.

очевидна необходимость в более дешевом источнике составных полупроводников. есть определенные свойства кремния, которые делают его неудовлетворительным для некоторых приложений устройства, согласно kim. например, невозможно выращивать светодиоды высокого качества поверх кремния; для этого устройства требуется сапфировая пластина или карбид кремния.

«Есть еще много примеров некоторых электронных / фотонных устройств, которые вряд ли можно привести в промышленность, потому что стоимость вафель делает его экономически нежизнеспособным», - говорит Ким. «Мы привносим концепцию бесконечной повторной юстировки пластины для этой цели».

Ким говорит, что конечная цель этого проекта достигает двух вещей: во-первых, значительно снизить стоимость производства экзотических сложных полупроводниковых приборов; и во-вторых, создавать возможности для изобретательства новых устройств.

эта работа также затрагивает вопросы производства, которые существуют с вступающими в брак материалами, такими как полупроводники германия и iii-v, с кремнием в системы с более быстрой логикой. нанесение этих материалов на кремний приводит к дефектам, которые разрушают работу устройства.

Иллюстрация: mit

для выращивания полупроводников с минимальными дефектами поверх кремния наиболее важным требованием является обеспечение того, чтобы размер кристаллической решетки пленки, подлежащей выращиванию, был похож на кристаллическую решетку кремния, иногда называемую согласованием решетки. к сожалению, атомы германия намного больше, чем атомы кремния, поэтому, если бы вы выращивали кристаллы чистого германия поверх кремния, разница в размерах кристаллической решетки вызывала бы много дефектов в кристаллах германия.

в этом последнем подходе, gaas выращивается на графене, может быть перенесен на кремниевую подложку.

«Мы по существу создали стопку монокристаллической гаасовой пленки поверх однокристаллической кремниевой подложки. это то, как мы намерены жениться на [составных полупроводниках] с «кремнием», говорит Ким.

одним из самых больших требований для любой технологии, которая должна быть принята промышленностью, является демонстрация крупномасштабной обработки. текущая задача для команды mit заключается в масштабировании процесса переноса графена с высокой урожайностью. «Есть определенные области, где охват графена не идеален, мы хотим иметь возможность предлагать отрасли крупномасштабной высококачественной графеновой передачи монокристаллического графена», - добавляет Ким.

исследователи продолжают улучшать процесс роста и эксфолиации этих сложных полупроводниковых пленок, но они больше заинтересованы в создании гетероструктурных устройств - монолитно-интегрированных устройств, изготовленных из разнородных полупроводников. на сегодняшний день это трудно понять из-за вопроса о «согласовании решетки» в процессах эпитаксии традиций.

Ким добавляет: «Мы разрабатываем и создаем новые устройства, укладывая разнородные полупроводники поверх каждого. мы в конечном счете хотим объединить все уникальные и очень выгодные свойства нескольких полупроводников в одно устройство ».

Ключевые слова: соединение, полупроводники iii-v, фосфид индия, эпитаксия, вафли, графен, арсенид галлия, арсенид индия галлия

источник: ieee

Для получения более подробной информации, пожалуйста, посетите наш веб-сайт: http://www.semiconductorwafers.net ,

s завершите нас по электронной почте angel.ye@powerwaywafer.com или powerwaymaterial@gmail.com ,