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高质量原子量级半导体薄膜问世 研发材料硫化钼成关键

发布日期:2013-05-24 12:00    作者:匿名    来源:安泰科
    美国北卡州立大学研究人员日前表示,他们开发出制造高质量原子量级半导体薄膜(薄膜厚度仅为单原子直径)的新技术。材料科学和工程助理教授曹林友(音译)说,新技术能将现有半导体技术的规模缩小到原子量级,包括激光器、发光二极管和计算机芯片等。

  研究人员研究的材料是硫化钼,它是一种价格低廉的半导体材料,电子和光学特性与目前半导体工业界所用的材料相似。然而,硫化钼又与其他半导体材料有所不同,因为它能以单原子分层生长形成单层薄膜,同时薄膜不会失去原有的材料特性。

  在新技术中,研究人员将硫粉和氯化钼粉放置于炉内,并将温度逐步升高到850摄氏度,此时两种粉末出现蒸发(汽化)并发生化学反应形成硫化钼。继续保持高温,硫化钼能沉积到基片上,形成薄薄的硫化钼膜。

  曹林友表示,他们成功的关键是寻找到了新的硫化钼生长机理,即自限制生长,通过控制高温炉中分压和蒸汽压来精确地控制硫化钼层的厚度。

  分压代表悬浮在空气中的原子或分子聚集成固体沉淀到基片上的趋势;蒸汽压代表基片上的固体原子或分子汽化进入空气的趋势。为在基片上获得单层硫化钼,分压必须高于蒸汽压;分压越高,沉积到底部的硫化钼层就越多。如果分压高于在基片上形成单层薄膜的蒸汽压,但又低于形成双层薄膜的蒸汽压,那么在分压和蒸汽压之间的这种平衡能确保在单层硫化钼薄膜形成后薄膜生长自动停止,不再向多层发展。这就是“薄膜的自限制生长”。

  分压通过调节高温炉内氯化钼的量来控制,炉内钼的量越多,分压则越高。曹林友表示,利用该技术,他们每次都获得了晶片大小、原子直径厚的硫化钼单层薄膜。同时还可以通过改变分压获得2—4个原子直径厚的硫化钼薄膜。

  研究人员目前在试图寻找其他的方式,以制造类似的但每个原子层由不同材料组成的薄膜。同时,他们也在利用新技术制作场效应晶体管和发光二极管。

  结语点评:

  越薄的半导体薄膜,在纳米电子器件中就越受欢迎。北卡州立大学此次能制备出厚度仅为单原子直径的半导体薄膜,关键在于其选用的材料。硫化钼的层状结构与众不同,单层硫化钼则具有直接带隙,与传统硅材料相比,它体积更小、介电常数也更小,这就意味着其晶体管也能比传统型更省电。因而,一个全新的硫化钼生长机理的出现,可以弥补一直以来单层硫化钼在工艺制备方法上的不足,进而打开这扇应用领域的大门。

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