Ученые из НИУ "МИЭТ" вместе с коллегами из Италии и Германии предложили новую технологию получения двумерного теллурида галлия — важного материала передовой электроники. Результаты их исследования опубликованы в журнале npj 2D Materials and Applications, принадлежащем Springer Nature.
Будущее современной электроники напрямую связано с созданием новых материалов и их интеграцией в технологии производства чипов. Сейчас, по словам специалистов, большой интерес вызывают так называемые двумерные (2D) материалы, обладающие уникальными свойствами.
Материалы этого класса имеют слоистую структуру, объяснили ученые. В пределах отдельного слоя атомы связаны жесткими ковалентными связями, а слои между собой — слабыми межмолекулярными связями Ван-дер-Ваальса.
Специалисты отмечают, что контролируемое создание таких структур на стандартных полупроводниковых подложках связано с множеством проблем. Наиболее важная из них — дефекты на стыке формируемого материала и подложки, вызванные структурными несоответствиями между кристаллическими решетками. Такие дефекты сильно снижают эффективность 2D-материалов и негативно влияют на их структуру.
Команде специалистов НИУ "МИЭТ" и их зарубежным коллегам удалось решить эту проблему, предложив новый метод выращивания 2D-кристаллов теллурида галлия на кремниевой подложке. По словам ученых, разработка позволяет интегрировать это соединение с востребованными нелинейно-оптическими свойствами в уже существующую технологию изготовления чипов.
"Теллурид галлия имеет две структурные формы — гексагональную и моноклинную, именно последняя обладает необходимыми свойствами. Ее формирование на поверхности монокристаллического кремния мы проводили в два этапа: сначала путем молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке выращивается гексагональная фаза, затем за счет обжига вносится энергия, провоцирующая ее трансформацию в моноклинную фазу", — рассказал старший научный сотрудник лаборатории электронной микроскопии и доцент института физики и прикладной математики НИУ "МИЭТ" Александр Приходько.
Формирование двумерного моноклинного m-GaTe на кремниевой подложке
Полученный таким образом теллурид галлия имеет стабильную оптически активную структуру. Применение такого материала в электронике позволит разработать новые фотодетекторы, элементы для солнечной энергетики или для дисплеев нового поколения.
"Структурные исследования показали, что слой моноклинного теллурида галлия на кремнии обладает практически совершенной атомарной структурой. Граница раздела между материалом и подложкой резкая, какие-либо дислокации несоответствия, вызывающие снижение свойств, на ней отсутствуют", — отметил Приходько.
Кроме того, подчеркнули ученые, исследования позволили прояснить фундаментальные механизмы, лежащие в основе процесса выращивания 2D-структур на полупроводниках. Полученные данные будут полезны при дальнейшем развитии этой перспективной технологии.
В работах участвовали специалисты Мюнхенского технического университета, Римского университета Тор Вергата, Миланского университета Бикокка и Института микроэлектроники и микросистем (Италия). Структурные исследования новых двумерных материалов проводились в лаборатории электронной микроскопии НИУ "МИЭТ" в рамках стратегии развития вуза как участника программы Минобрнауки "Приоритет-2030".
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить как разработку других двумерных материалов на подложке кремния, так и фундаментальные исследования в этой области.