En forskargrupp, ledd av professor Joonki Suh vid institutionen för materialvetenskap och teknik och Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering vid UNIST, har gjort ett betydande genombrott inom tunnfilmsavsättningsteknologi. Genom att använda en innovativ process för atomskiktsavsättning (ALD) uppnådde professor Seo framgångsrikt regelbundet arrangemang av telluratomer (Te) vid låga temperaturer så låga som 50 grader Celsius.
ALD-metoden är en banbrytande tunnfilmsprocess som möjliggör exakt stapling av halvledarmaterial på atomskiktsnivå på tredimensionella strukturer – även vid låga processtemperaturer. Traditionell tillämpning på nästa generations halvledare kräver dock höga bearbetningstemperaturer över 250 grader Celsius och ytterligare värmebehandling som överstiger 450 grader Celsius.
I den här forskningen tillämpade UNIST-teamet ALD på monoelemental van der Waals tellur – ett material som undersöks omfattande för dess potentiella tillämpningar i elektroniska enheter och termoelektriska material.
Anmärkningsvärt nog har de framgångsrikt tillverkat högkvalitativa Te-tunna filmer utan någon värmebehandling efter deponering vid en aldrig tidigare skådad låg temperatur på endast 50 grader Celsius. De resulterande filmerna uppvisade exceptionell enhetlighet med exakt kontrollerad tjocklek ner till nanometerskala – vilket uppnådde perfekt atomarrangemang med en av varje miljard atomer.
För att förbättra reaktiviteten vid lägre temperaturer använde forskargruppen två prekursorer med syra-basegenskaper. Dessutom introducerade de samreaktanter för att förbättra ytreaktioner och stabilitet samtidigt som de antog en upprepad doseringsteknik genom att injicera prekursorer i kortare intervall. Dessa strategier möjliggjorde produktion av täta och kontinuerliga Te-tunna filmer jämfört med konventionella metoder som ofta resulterade i porösa eller diskontinuerliga kornavsättningar.
Den utvecklade tillverkningsprocessen möjliggjorde tillväxt i wafer-skala på hela 4-tums (100 mm) wafers, vilket gav exakt kontroll av tjockleken på atomskiktsnivå och enhetlig avsättning. Dessutom visade Te tunna filmer kompatibilitet med vertikala tredimensionella strukturer - ett avgörande krav för hög enhetsintegration. Detta genombrott har betydande potential för olika elektroniska enheter som transistorer, likriktare och urvalselement.
"Denna forskning uppfyller alla väsentliga kriterier för lågtemperatur, stor yta och högkvalitativ syntes i halvledaravsättningsprocesser," sade professor Suh.
Resultaten av denna forskning publicerades i ACS Nano .
Mer information: Changhwan Kim et al, Atomic Layer Deposition Route to Scalable, Electronic-Grade van der Waals Te Thin Films, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c03559
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Ulsan National Institute of Science and Technology
