Разработан метод выращивания ультратонких полупроводников на электронных компонентах
Полупроводники лежат в основе современных вычислительных систем, и по мере того, как индустрия стремится к созданию более компактных, быстрых и эффективных компонентов, интеграция высокопроизводительных атомарно тонких материалов, таких как диселенид вольфрама, становится всё более приоритетной задачей.
Традиционный процесс изготовления устройств требует отдельного выращивания 2D-полупроводника, как правило, при очень высоких температурах, а затем его переноса с помощью ряда последовательных этапов. Несмотря на то, что 2D-материалы по некоторым показателям превосходят кремний, реализовать их потенциал в промышленных масштабах оказалось непросто — в основном из-за хрупкости материалов в процессе переноса.
Исследователи использовали метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) для выращивания диселенида вольфрама, двумерного полупроводника, непосредственно на золотых электродах с нанесённым рисунком. Затем они продемонстрировали этот подход, создав функциональный транзистор для проверки концепции. В отличие от традиционных методов, требующих переноса хрупких двумерных плёнок с одной поверхности на другую, метод, представленный исследователями, полностью исключает этот процесс.
«Это первая демонстрация метода выращивания 2D-устройств без переноса», — сказал Сатвик Аджай Айенгар, аспирант Райсовского университета и первый автор исследования, проведённого совместно с выпускником Райсовского университета Лукасом Сасси. «Это важный шаг на пути к снижению температуры обработки и созданию процесса интеграции 2D-полупроводников без переноса».
Изображение: Процесс осаждения для выращивание полупроводников, American Chemical Society, 2025
Открытие было сделано благодаря неожиданному наблюдению во время обычного эксперимента.
«Мы получили от коллеги образец с нанесёнными на него золотыми маркерами, — сказал Сасси. — Во время химического осаждения из газовой фазы двумерный материал неожиданно сформировался преимущественно на золотой поверхности. Этот неожиданный результат натолкнул нас на мысль, что, намеренно нанося рисунок на металлические контакты, мы можем управлять ростом двумерных полупроводников непосредственно на них».
Команда Райса оптимизировала исходные материалы, чтобы снизить температуру синтеза двумерного полупроводника, и показала, что он растёт контролируемым, направленным образом.
«Понимание того, как эти двумерные полупроводники взаимодействуют с металлами, особенно при выращивании на месте, очень важно для будущего производства устройств и обеспечения масштабируемости», — сказал Аджайан, профессор инженерии имени Бенджамина М. и Мэри Гринвуд Андерсон, а также профессор материаловедения и наноинженерии в Университете Райса.
Используя передовые инструменты визуализации и химического анализа, команда подтвердила, что этот метод сохраняет целостность металлических контактов, которые могут быть повреждены при высоких температурах.
«Большая часть нашей работы в рамках этого проекта была направлена на то, чтобы доказать, что система материалов по-прежнему цела, — сказал Айенгар. — Здесь, в Райсе, у нас есть все необходимое для того, чтобы тщательно изучить химические процессы, происходящие в ходе этого процесса. Наблюдение за тем, что происходит на границе раздела этих материалов, стало отличным стимулом для проведения исследования».
Успех этого метода заключается в сильном взаимодействии между металлом и двумерным материалом в процессе роста.
«Отсутствие надёжных методов выращивания двумерных полупроводников без переноса материала было серьёзным препятствием для их внедрения в практическую электронику, — .отметил Сасси. — Эта работа может открыть новые возможности для использования атомарно тонких материалов в транзисторах следующего поколения, солнечных батареях и других электронных технологиях».
Помимо сложностей, связанных с производственным процессом, ещё одним ключевым препятствием при разработке 2D-полупроводников является качество электрических контактов, которое подразумевает не только низкий энергетический барьер, но и стабильную и долговечную работу, масштабируемость и совместимость с широким спектром материалов.
Сообщение Разработан метод выращивания ультратонких полупроводников на электронных компонентах появились сначала на Время электроники.