Naukowcy opracowali sposób wykrywania usterek w cienkich warstwach elektronicznych

Ultracienkie warstwy elektroniczne mogą zawieść z powodu usterek atomowych.Nowa metoda ujawnia te słabe punkty, zanim urządzenia się zepsują.

Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych opracowali sposób wykrywania ukrytych defektów w ultracienkich materiałach elektronicznych, które mogą powodować awarie urządzeń przy niższych napięciach.Zespół z Uniwersytetu Rice wykazał, że drobne defekty w sześciokątnym azotku boru, powszechnym dwuwymiarowym izolatorze, mogą uwięzić ładunki elektryczne i osłabić określone obszary materiału.Te słabe punkty powodują wyciek prądu wcześniej niż oczekiwano, co może prowadzić do awarii urządzenia.Dwa urządzenia wykonane przy użyciu tego samego procesu mogą zachowywać się inaczej, jeśli jedno zawiera ukryte linie usterek.

W badaniu zbadano warstwowe struktury elektroniczne zwane heterostrukturami.Są one budowane poprzez układanie różnych dwuwymiarowych materiałów.W tych stosach często stosuje się sześciokątny azotek boru, ponieważ zapewnia płaską i stabilną warstwę izolacyjną pomiędzy materiałami aktywnymi.

Naukowcy odkryli długie, wąskie niewspółosiowości w warstwach atomowych sześciokątnego azotku boru.Wady te, zwane wadami układania, przypominają niewielkie przesunięcia pomiędzy stronami książki.Chociaż mogą się łatwo formować, trudno je wykryć za pomocą standardowych narzędzi kontrolnych.

Aby zrozumieć, w jaki sposób powstają wady, zespół za pomocą taśmy klejącej oddzielił cienkie płatki od kryształu masy i przeniósł je na płytki krzemowe i dwutlenek krzemu.Podejrzewali, że zginanie podczas procesu przenoszenia może powodować błędy w układaniu.


Te same płatki badano przed i po transferze.Mikroskopy optyczne i mikroskopy sił atomowych wykazały gładkie powierzchnie.Jednak gdy próbki poddano analizie za pomocą spektroskopii katodoluminescencyjnej, która skanuje materiał wiązką elektronów i rejestruje emitowane światło, widoczne stają się jasne i wąskie linie uskoków.

Wyniki wykazały, że grubsze płatki były bardziej podatne na powstawanie tych wad.W regionach, w których występują błędy w układaniu, właściwości izolacyjne materiału spadły, a przy niższych napięciach zaczął się upływ prądu.

Łącząc mikroskopię elektronową, mapowanie katodoluminescencji i pomiary oparte na sile, zespół stworzył praktyczną metodę identyfikacji ukrytych defektów przed uruchomieniem urządzeń.Podejście to można również zastosować do innych materiałów warstwowych stosowanych w ultracienkiej elektronice.