Исследователи разработали усовершенствованный процесс синтеза для создания покрытия, сопротивляющегося коррозии и обладающего дополнительными свойствами, идеальными для повышения скорости и долговечности электроники. Руководимая учеными из Университета штата Пенсильвания группа обнародовала свои результаты в журнале Nature Communications.
Двумерные (2D) полупроводниковые материалы, регулирующие поток электричества в электронных устройствах, особенно уязвимы, так как любая коррозия может сделать эти атомарно тонкие материалы нефункциональными.
Обычно для защиты таких материалов от коррозии применяют оксидные покрытия, однако эти методы часто требуют использования воды, которая, что иронично, может ускорить процесс окисления, который они призваны предотвратить.
Под руководством профессора Джошуа Робинсона из Университета штата Пенсильвания была разработана новая методика синтеза с использованием аморфного нитрида бора (a-BN) в качестве защитного слоя. Этот материал признан за свою высокую термическую стабильность и электроизоляционные свойства, что делает его идеальным для полупроводников.
Источник: JA Robinson Research Group / Penn State
«Одна из самых значительных проблем в современных исследованиях двумерных полупроводников заключается в их быстрой окисляемости. Для их использования в транзисторах и датчиках, которые должны служить годами, необходимо обеспечить их долгосрочную надёжность. Сейчас эти материалы не выдерживают и недели на открытом воздухе», — отметил Джошуа Робинсон, профессор материаловедения и инженерии, соавтор исследования.
По мнению Робинсона, высокая диэлектрическая прочность a-BN сопоставима с лучшими доступными диэлектриками и при этом не требует воды для своего изготовления. Команда также разработала новый двухэтапный метод атомно-слоевого осаждения, обеспечивающий равномерное нанесение a-BN на двумерные материалы.
«Мы стремились исключить воду из этого процесса, поэтому начали разработку методов производства двумерных материалов без водной обработки, и аморфный нитрид бора стал одним из таких материалов», — добавил Робинсон.
Используя новый метод, учёные смогли создать равномерное покрытие a-BN на двумерных полупроводниках, что позволило улучшить производительность транзисторов на 30%–100% (в зависимости от конструкции) по сравнению с устройствами, не использующими a-BN.
«Когда 2D-полупроводники размещаются между слоями аморфного нитрида бора, даже несмотря на его аморфность, возникает более плавный путь для электронов, что улучшает работу электроники. Электроны проходят через 2D-материал быстрее, чем через слои других диэлектриков», — пояснил Робинсон.
Робинсон подчеркнул, что, несмотря на высокую диэлектрическую прочность a-BN, потенциал этого материала как диэлектрика для полупроводниковых приборов ещё не изучен в полной мере. «У нас есть возможности для улучшения, хотя он уже превосходит другие диэлектрики. Наша главная задача сейчас — повысить общее качество материала и интегрировать его в более сложные структуры, которые войдут в состав будущих электронных устройств», — заключил Робинсон.
Источник: iXBT
