ساخت ورقههای الکترونیکی به نازکی سه اتم
آنها برای شروع موفق شدند لایه‌های دی‌سولفید مولیبدن و دی‌سولفید تنگستن را به نازکی سه اتم بسازند.
ساخت لایه‌های نازکی از مواد نیمه‌هادی شبیه به رشد یخ روی شیشه پنجره است. هنگامی که شرایط مناسب باشد، نیمه هادی‌ها به صورت کریستال‌های مسطحی رشد می‌کنند که به آرامی به یکدیگر جوش می‌خورند و در نهایت تشکیل یک فیلم پیوسته می‌دهند.
این فرآیند رسوب فیلم برای ساخت نیمه‌هادی‌هایی مانند سیلیکون یا گالیم آرسناید مرسوم است که اساس الکترونیک مدرن را تشکیل می‌دهد. اما دانشمندان دانشگاه کرنل محدودیت‌هایی برای میزان نازکی آنها ایجاد می‌کنند. آنها روشی برای ایجاد نوع جدیدی از فیلم نازک نیمه‌هادی ابداع کردند که حتی با ساختن آن به ضخامت یک اتم، همچنان خواص الکتریکی‌اش را حفظ کند.
لایه‌های دی‌سولفید مولیبدن به ضخامت سه اتم در آزمایشگاه جیوونگ پارک، استادیار شیمی، زیست شناسی شیمیایی و عضو موسسه کاولی در دانشکده علوم نانوی کرنل ساخته شد. البته این فیلم‌ها توسط دکتر کیبوم کانگ و دانشجوی کارشناسی ارشد، ساین زی طراحی و رشد داده شدند و جزئیات کار تحقیقاتی آنها به تازگی در مجله نیچر منتشر شد.
پارک می‌گوید: «عملکرد الکتریکی مواد ما قابل مقایسه با نتایج گزارش شده از بلورهای مجزای دی‌سولفید مولیبدن است، اما ما به جای یک کریستال کوچک، توانستیم یک ویفر 4 اینچی بسازیم.»
پارک در ادامه می‌گوید: « دی‌سولفید مولیبدن، که به دلیل خواص الکتریکی بسیار عالی‌اش توجه زیادی در سراسر جهان به خود جلب کرده است، قبلا تنها به صورت تک بلور شبیه به «مجمع الجزایر» مجزا رشد داده شده بود. اما ساخت ورقههای صاف، مسطح، نازک و کاغذ مانند از آن، هدف نهایی و پل رسیدن به ادوات کاربردی است.»
در حال حاضر، رسوب دهي شيميايي بخار (CVD) يك فرآيند شيميايي رایج براي رسوب فيلم‌هاي نازك از مواد گوناگون است که بسیار مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در این فرآيند يك لايه از ماده در معرض يك يا چند ماده تبخير شده قرار مي گيرد، و طي آن مواد اوليه با لايه مذكور واكنش داده و یا تجزيه شده، محصول رسوبي مورد نظر را به وجود مي‌آورند . البته محصولات جانبي نيز به وجود مي‌آيند كه به وسيله گاز خارج مي شوند.
رسوب دهي شيميايي بخار به طور وسيع درتوليد نيمه هادي ها ( به عنوان يك بخش از فرآيند توليد نانوساختارهاي نيمه هادي) و براي رسوب فيلم هاي گوناگون نظير سيليكون‌هاي پلي‌كريستال، آمورف، اپي‌تكسيال، سيليكون، ژرمانيوم، تنگستن، سيليكون نيتريد، سيليكون اكسي نيتريد و تيتانيم نيتريد استفاده مي شود.
پژوهشگران با تنظیم شرایط رشد فیلم‌های خود توسط تکنیک مشتق شده‌ای به نام رسوب بخار شیمیایی فلز آلی (MOCVD) موفق به ساخت لایه‌های نازکتر شدند. این تکنیک در حال حاضر به طور گسترده ای در صنعت استفاده می‌شود، اما مواد متفاوتی در آن به کار برده می‌شود. نوع رایج این تکنیک با یک پیش ماده پودری شروع می‌شود، سپس یک گاز تشکیل شده و با پاشیده شدن اتم‌های تکی روی یک بستر، لایه‌ای همزمان ایجاد می‌شود.
گروه پارک با روش معینی این روش را برای ساخت فیلم‌ها، محدود کردن شرایط و درجه حرارت بهینه‌سازی کردند. آنها دریافتند که کریستال‌ها تحت این شرایط و البته با مقدار کمی هیدروژن و در شرایط خشک، کاملا به هم دوخته رشد می‌کنند. پژوهشگران به سرپرستی دیوید مولر، نویسنده مقاله مربوط به این مطالعه و استاد فیزیک کاربردی و مهندسی و مدیر موسسه کاولی، علاوه بر تکنیک‌های پیشرفته تصویربرداری نوری، از میکروسکوپ الکترونی پیشرفته‌ای برای تست و بررسی کیفیت فیلم‌ها استفاده کردند.
این گروه همچنین بازده فیلم‌های خود را هنگامی که به صورت لایه به لایه و با استفاده از دی اکسید سیلیکون و بکارگیری لیتوگرافی نوری ردیف می‌شوند را نشان داده و ثابت کردند که فیلم‌های نیمه‌هادی به نازکی سه اتم را می‌توان در ساخت ادوات الکترونیکی چند مرحله‌ای با ضخامت بسیار کم استفاده کرد.
از قرار معلوم استفاده از روش MOCVD در نسل فیلم نازک عمومیت دارد و پژوهشگران اثبات کردند که به سادگی می‌توان با تغییر پیش‌ماده، فیلم‌های دیگری ساخت. به عنوان مثال، آنها فیلمی از دی‌سولفید تنگستن را با خواص الکتریکی و رنگ‌های متفاوت رشد دادند. در واقع خیال بافی پژوهشگران بود که فرآیند ساخت فیلم‌هایی از انواع مختلف و به نازکی اتم را تکمیل کرد. پژوهشگران در نظر دارند از چنین فیلم‌های نازکی در ساخت ادوات الکترونیکی و اپتوالکترونیکی جدید و جالب استفاده کنند.
پارک می‌گوید: «این دو ماده اولین تجربه ما هستند، اما ما قصد داریم یک پالت کلی از مواد را بسازیم.»
به تازگی مقاله این تحقیق با عنوان «فیلم‌های نیمه‌هادی با موبیلیته بالا به نازکی سه اتم دارای همگنی در مقیاس ویفر» منتشر شد و توسط دفتر نیروی هوایی پژوهش‌های علمی، بنیاد ملی تحقیقات کره و مرکز تحقیقات مواد کرنل و همچنین موسسه پیشرفته فناوری سامسونگ مورد حمایت قرار گرفت.
ثمین موتمن‌فر/ کارشناس ارشد الکترونیک
No tags for this post.
