Вчені розробили новий процес синтезу для отримання стійкого до іржі покриття з додатковими властивостями, що ідеально підходять для створення більш швидкої та довговічної електроніки. Група під керівництвом дослідників з Університету Пенсільванія опублікувала свою роботу в журналі Nature Communications.
Двовимірні (2D) напівпровідникові матеріали, що управляють потоком електрики в електронних пристроях, особливо проблематичні, оскільки будь-яка корозія може зробити цей атомно-тонкий матеріал марним.
Традиційні методи захисту цих матеріалів від іржі включають покриття на основі оксидів, але ці процеси часто використовують воду, яка, за іронією долі, може прискорити те саме окислення, яке вони покликані запобігти.
Команда під керівництвом професора Джошуа Робінсона з Університету штату Пенсільванія розробила новий метод синтезу, який використовує аморфний нітрид бору (a-BN) як покриття. Цей матеріал відомий своєю високою термічною стабільністю та електроізоляційними властивостями, що робить його ідеальним для використання у напівпровідниках.
«Однією з найбільших проблем, з якими ми стикаємося у сучасних дослідженнях двовимірних напівпровідників, є той факт, що матеріали швидко окислюються. Необхідно забезпечити їхню довгострокову надійність, оскільки вони використовуються в транзисторах або датчиках, які повинні служити роками. Зараз ці матеріали не служать довше тижня на відкритому повітрі», – сказав Джошуа Робінсон, професор матеріалознавства та інженерії та співавтор роботи.
За словами Робінсона, висока діелектрична міцність a-BN можна порівняти з кращими доступними діелектриками, і для її виготовлення не потрібна вода. Команда також розробила новий двоетапний метод атомно-шарового осадження, що дозволяє рівномірно покрити двомірні матеріали шаром a-BN.
“Ми хотіли уникнути використання води в цьому процесі, тому ми почали думати про те, які двовимірні матеріали ми можемо виробляти, не використовуючи воду при обробці, і аморфний нітрид бору є одним з них”, – сказав Робінсон.
Використовуючи цей новий метод, команда змогла створити рівномірне покриття a-BN на двовимірних напівпровідниках, що призвело до поліпшення продуктивності транзистора на 30%-100% (залежно від конструкції транзистора) порівняно з пристроями, що не використовують a-BN.
«Коли ви поміщаєте 2D-напівпровідники між аморфним нітридом бору, навіть якщо він аморфний, ви отримуєте гладкішу електронну дорогу, що дозволить покращити електроніку. Електрони можуть проходити через 2D-матеріал швидше, ніж якби вони були між іншими діелектричними матеріалами», — пояснив Робінсон.
Робінсон зазначив, що навіть незважаючи на високу діелектричну міцність, дослідники лише поверхово вивчили потенціал a-BN як діелектричного матеріалу для напівпровідникових приладів. «У нас є можливості для покращення, хоча він уже перевершує інші діелектричні матеріали. Головне, що ми намагаємося зробити прямо зараз, – це покращити загальну якість матеріалу, а потім інтегрувати його в деякі складні структури, які можна буде побачити у майбутній електроніці», – сказав Робінсон.