Учёные разработали новый процесс синтеза для получения устойчивого к ржавчине покрытия с дополнительными свойствами, идеально подходящими для создания более быстрой и долговечной электроники. Группа под руководством исследователей из Университета штата Пенсильвания опубликовала свою работу в журнале Nature Communications.

Двумерные (2D) полупроводниковые материалы, которые управляют потоком электричества в электронных устройствах, особенно проблематичны, поскольку любая коррозия может сделать этот атомно-тонкий материал бесполезным.

Традиционные методы защиты этих материалов от ржавчины включают покрытия на основе оксидов, но эти процессы часто используют воду, которая, по иронии судьбы, может ускорить то самое окисление, которое они призваны предотвратить.

Команда под руководством профессора Джошуа Робинсона из Университета штата Пенсильвания разработала новый метод синтеза, который использует аморфный нитрид бора (a-BN) в качестве покрытия. Этот материал известен своей высокой термической стабильностью и электроизоляционными свойствами, что делает его идеальным для использования в полупроводниках.

Эти материалы сделаны из дисульфида молибдена, двумерного полупроводника, выращенного на поверхности сапфира. Треугольные формы выровнены благодаря процессу, называемому эпитаксией, где материал следует рисунку поверхности, на которой он выращен. Изолирующие слои, такие как аморфный нитрид бора, добавляются в процессе изготовления материалов, которые используются для создания электронных устройств следующего поколения. Источник: JA Robinson Research Group / Penn State

«Одной из самых больших проблем, с которыми мы сталкиваемся в современных исследованиях двумерных полупроводников, является тот факт, что материалы быстро окисляются. Необходимо обеспечить их долгосрочную надёжность, поскольку они используются в транзисторах или датчиках, которые должны служить годами. Сейчас эти материалы не служат дольше недели на открытом воздухе», — сказал Джошуа Робинсон, профессор материаловедения и инженерии и соавтор работы.

По словам Робинсона, высокая диэлектрическая прочность a-BN сопоставима с лучшими доступными диэлектриками, и для её изготовления не нужна вода. Команда также разработала новый двухэтапный метод атомно-слоевого осаждения, который позволяет равномерно покрыть двумерные материалы слоем a-BN.

«Мы хотели уйти от использования воды в этом процессе, поэтому мы начали думать о том, какие двумерные материалы мы можем производить, не используя воду при обработке, и аморфный нитрид бора является одним из них», — сказал Робинсон.

Используя этот новый метод, команда смогла создать равномерное покрытие a-BN на двумерных полупроводниках, что привело к улучшению производительности транзистора на 30%–100 % (в зависимости от конструкции транзистора) по сравнению с устройствами, не использующими a-BN.

«Когда вы помещаете 2D-полупроводники между аморфным нитридом бора, даже если он аморфный, вы получаете более гладкую электронную дорогу, что позволит улучшить электронику. Электроны могут проходить через 2D-материал быстрее, чем если бы они находились между другими диэлектрическими материалами», — объяснил Робинсон.

Робинсон отметил, что даже несмотря на высокую диэлектрическую прочность, исследователи лишь поверхностно изучили потенциал a-BN как диэлектрического материала для полупроводниковых приборов. «У нас есть возможности для улучшения, хотя он уже превосходит другие диэлектрические материалы. Главное, что мы пытаемся сделать прямо сейчас, — это улучшить общее качество материала, а затем интегрировать его в некоторые сложные структуры, которые можно будет увидеть в будущей электронике», — заключил Робинсон.

Подробнее на iXBT