거울아, 거울아, 그중 가장 효율적인 반도체는 누구일까요?

2023년 8월 3일

제이미 오버딕

펜실베니아주 UNVERSITY PARK - 차세대 2D 반도체 소재는 거울에 비친 모습을 좋아하지 않습니다. 원자적으로 얇은 전자 장치용 반도체 재료의 단층 나노시트를 만들기 위한 현재의 합성 접근법은 재료가 사파이어와 같은 단결정 기판에 증착될 때 독특한 "거울 쌍둥이" 결함을 발생시킵니다. 합성된 나노시트에는 거울 역할을 하는 입자 경계가 포함되어 있으며, 각 면의 원자 배열은 서로 반대 방향으로 반사되어 구성되어 있습니다.

Penn State의 2DCC-MIP(Two-Dimensional Crystal Consortium-Materials Innovation Platform) 연구원과 협력자들에 따르면 이것이 문제라고 합니다. 전자가 경계에 부딪힐 때 전자가 산란되어 트랜지스터와 같은 장치의 성능이 저하됩니다. 연구원들은 이것이 사물인터넷(Internet of Things) 및 인공지능(AI)과 같은 응용 분야를 위한 차세대 전자 장치의 발전에 있어 병목 현상이라고 말했습니다. 하지만 이제 연구팀은 이 결함을 바로잡을 수 있는 해결책을 찾아냈을지도 모른다. 그들은 Nature Nanotechnology에 자신의 연구 결과를 발표했습니다.

주저자이자 2DCC-MIP 이사인 Joan Redwing에 따르면 이번 연구는 다른 연구자들이 미러 쌍 결함을 줄일 수 있도록 함으로써 반도체 연구에 상당한 영향을 미칠 수 있다고 합니다. 특히 지난번 승인된 CHIPS 및 과학법에서 이 분야에 대한 관심과 자금이 증가했기 때문입니다. 년도. 이 법안의 승인으로 반도체 기술의 생산 및 개발을 국내에 도입하려는 미국의 노력을 강화하기 위한 자금 및 기타 자원이 증가했습니다.

Redwing에 따르면, 단층의 텅스텐 이셀레나이드 시트(단지 원자 3개 두께)는 전류 흐름을 제어하고 조작하는 매우 효과적이고 원자적으로 얇은 반도체를 만들 수 있다고 합니다. 나노시트를 만들기 위해 연구진은 기판(이 경우 사파이어 웨이퍼)에 초박형 단결정 층을 증착하는 데 사용되는 반도체 제조 기술인 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)을 사용합니다.

MOCVD가 다른 재료의 합성에 사용되는 반면, 2DCC-MIP 연구원들은 텅스텐 이셀레나이드와 같은 2D 반도체 합성에 MOCVD를 사용하는 방법을 개척했다고 Redwing은 말했습니다. 텅스텐 디셀레나이드는 3원자 두께의 전이 금속 디칼코게나이드라고 불리는 물질 종류에 속하며, 비금속 셀렌화물 원자 사이에 텅스텐 금속이 끼워져 있어 첨단 전자 장치에 바람직한 반도체 특성을 나타냅니다.

재료 분야의 저명한 교수이기도 한 레드윙(Redwing)은 “결정질 완성도가 높은 단층 시트를 얻기 위해 사파이어 웨이퍼를 템플릿으로 사용하여 MOCVD로 웨이퍼 표면에 증착할 때 이셀렌화 텅스텐 결정을 정렬했습니다.”라고 말했습니다. Penn State의 과학 및 공학 및 전기 공학. 그러나 텅스텐 디셀레나이드 결정은 사파이어 기판에서 반대 방향으로 정렬될 수 있습니다. 반대 방향의 결정은 크기가 더 커지면서 궁극적으로 사파이어 표면에서 서로 만나 거울 쌍둥이 경계를 형성합니다.”

이 문제를 해결하고 대부분의 텅스텐 디셀레나이드 결정이 사파이어 결정과 정렬되도록 하기 위해 연구원들은 사파이어 표면의 "계단"을 활용했습니다. 웨이퍼를 구성하는 사파이어 단결정은 물리학적으로 매우 완벽합니다. 그러나 원자 수준에서는 완벽하게 평평하지 않습니다. 표면에는 단순한 원자 또는 두 개의 높이의 계단이 있으며 각 단계 사이에는 평평한 영역이 있습니다.

Redwing은 여기서 연구원들이 거울 결함의 의심되는 원인을 발견했다고 말했습니다.