Indiumnitrid är ett lovande material för användning inom elektronik, men svår att tillverka. Forskare vid Linköpings universitet, Sverige, har utvecklat en ny molekyl som kan användas för att skapa högkvalitativ indiumnitrid, gör det möjligt att använda den i, till exempel, högfrekvent elektronik. Resultaten har publicerats i Materialkemi .

Den bandbredd vi för närvarande använder för trådlös dataöverföring kommer snart att vara full. Om vi ​​ska fortsätta att överföra allt större mängder data, den tillgängliga bandbredden måste ökas genom att ytterligare frekvenser tas i bruk. Indiumnitrid kan vara en del av lösningen.

"Eftersom elektroner rör sig genom indiumnitrid extremt lätt, det är möjligt att skicka elektroner bakåt och framåt genom materialet med mycket höga hastigheter, och skapa signaler med extremt höga frekvenser. Detta innebär att indiumnitrid kan användas i högfrekvent elektronik, där den kan ge, till exempel, nya frekvenser för trådlös dataöverföring, säger Henrik Pedersen, professor i oorganisk kemi vid institutionen för fysik, Kemi och biologi vid Linköpings universitet. Han har lett studien, som nyligen publicerades i Materialkemi .

Indiumnitrid består av kväve och en metall, indium. Det är en halvledare och kan därför användas i transistorer, som alla elektroniska enheter är baserade på. Problemet är att det är svårt att producera tunna filmer av indiumnitrid. Tunna filmer av liknande halvledarmaterial produceras ofta med en väletablerad metod som kallas kemisk ångavsättning, eller CVD, i vilka temperaturer mellan 800 och 1, 000 grader Celsius används. Dock, indiumnitrid bryts ner till sina beståndsdelar, indium och kväve, när den värms över 600 grader Celsius.

Forskarna som genomförde den här studien har använt en variant av CVD som kallas atomlagerdeposition, eller ALD, där lägre temperaturer används. De har utvecklat en ny molekyl, känd som en indiumtriazenid. Ingen hade arbetat med sådana indiumtriazenider tidigare, och LiU-forskarna upptäckte snart att triazenidmolekylen är ett utmärkt utgångsmaterial för tillverkning av tunna filmer. De flesta material som används inom elektronik måste framställas genom att låta en tunn film växa på en yta som styr kristallstrukturen i det elektroniska materialet. Processen är känd som epitaxiell tillväxt. Forskarna upptäckte att det är möjligt att uppnå epitaxiell tillväxt av indiumnitrid om kiselkarbid används som substrat, något som inte var känt tidigare. Vidare, indiumnitriden som produceras på detta sätt är extremt ren, och bland de högsta kvalitativa indiumnitriderna i världen.

"Molekylen som vi har producerat, en indiumtriazenid, gör det möjligt att använda indiumnitrid i elektroniska enheter. Vi har visat att det är möjligt att producera indiumnitrid på ett sätt som säkerställer att det är tillräckligt rent för att beskrivas som ett äkta elektroniskt material, säger Henrik Pedersen.

Forskarna upptäckte ett annat överraskande faktum. Det är allmänt accepterat bland dem som använder ALD att molekylerna inte ska få reagera eller brytas ner på något sätt i gasfasen. Men när forskarna ändrade temperaturen på beläggningsprocessen, de upptäckte att det inte bara finns en, men två, temperaturer vid vilka processen var stabil.

"Indiumtriazeniden bryts ner i mindre fragment i gasfasen, och detta förbättrar ALD-processen. Detta är ett paradigmskifte inom ALD – med hjälp av molekyler som inte är helt stabila i gasfasen. Vi visar att vi kan få ett bättre slutresultat om vi låter den nya molekylen bryta ner till viss del i gasfasen, säger Henrik Pedersen.

Forskarna undersöker nu liknande triazenidmolekyler med andra metaller än indium, och har fått lovande resultat när man använder dessa för att producera molekyler för ALD.