Tyrėjai Jungtinėse Valstijose sukūrė naują metodą, leidžiantį aptikti paslėptus defektus ir taip padidinti itin plonos elektronikos patikimumą.
Komanda iš „Rice University“ parodė, kad sunkiai pastebimi defektai plačiai naudojamame dvimačiame izoliatoriuje gali įkalinti elektros krūvius ir lokaliai susilpninti medžiagą, todėl ji dažniau sugenda esant mažesnėms įtampoms.
Ateities įrenginiai taps patikimesni
„Parodydami praktiškus būdus nustatyti, kada ir kur susiformuoja šie defektai, padedame užtikrinti, kad ateities įrenginiai būtų patikimesni ir jų savybės – lengviau atkartojamos“, – sakė Hae Yeon Lee, „Rice University“ medžiagų mokslo ir nano-inžinerijos docentė bei viena iš pagrindinių tyrimo autorių.
Tyrėjų teigimu, kuriant itin plonus elektronikos įrenginius, pavyzdžiui, pažangius tranzistorius, fotodetektorius ir kvantinius įrenginius, ant vienas kito yra sluoksniuojami skirtingi dvimačiai (2D) medžiagų lapeliai, sudarant vadinamąsias heterostruktūras.
Heksagoninis boro nitridas (hBN), vertinamas dėl atominės lygumo ir cheminio stabilumo, yra vienas iš dažniausiai naudojamų tokių struktūrų elementų.
Lee pabrėžė, kad medžiagos stiprumas, spalva ir elektrinės savybės priklauso nuo to, kaip išsidėstę jos atomai. Tačiau realios medžiagos nėra tobulos. hBN atveju komanda nustatė, kad joje gali susidaryti ilgi, siauri atomų išsidėstymo neatitikimai, panašūs į įlinkius ar „klostes“, kurios atsiranda, kai knygos puslapiai šiek tiek pasislenka. Šie paslėpti defektai lengvai susiformuoja ir yra itin sunkiai pastebimi.
Naujoji technika
Tyrėjai plonus hBN dribsnius nuo masyvaus kristalo atskyrė naudodami lipnią juostelę, o tuomet perkėlė juos ant silicio ir silicio dioksido padėklų. Jie įtarė, kad toks įprastas medžiagos apdorojimas gali išlenkti plokšteles ir sukelti vadinamuosius sluoksniavimo defektus.
„Norėdami tai patikrinti, tas pačias hBN plokšteles vaizdavome prieš perkėlimą ir po jo“, – aiškino Lee.
Naudojant įprastą optinį ar atominės jėgos mikroskopą, plokštelės atrodė lygios ir nepriekaištingos. Vėliau, „Rice University“ bendro naudojimo įrangos centre, mėginiai buvo ištirti naudojant katodoliuminescencinę spektroskopiją – metodą, kai medžiaga skenuojama elektronu pluoštu ir registruojama jos skleidžiama šviesa.
„hBN skleidžia gilios ultravioletinės srities šviesą, kurią daugeliui laboratorijų sunku užžadinti. Šis šviesos žemėlapis atskleidė ryškius, siaurus sluoksniavimo defektus, kurių kiti metodai neparodo – tai viena iš priežasčių, kodėl jie iki šiol buvo dažnai nepastebimi“, – sakė Lee.
Tyrėjai nustatė, kad tokie defektai lengviau susidaro storesnėse plokštelėse. Be to, struktūros pokyčiai daro tiesioginę įtaką medžiagos veikimui.
Šie paslėpti defektai veikia kaip mažytės krūvio „kišenės“ ir silpnina izoliacines savybes: ta pati hBN medžiaga pradeda praleisti elektros srovę gerokai mažesnėje įtampoje defektų vietose nei netoliese esančiose srityse. Tai reiškia, kad du vienodai pagaminti įrenginiai gali elgtis skirtingai, jei viename iš jų yra tokių defektinių juostų.
Sujungusi elektroninę mikroskopiją, katodoliuminescencinį žemėlapių sudarymą ir jėginių matavimų metodus, komanda sukūrė praktišką būdą aptikti šiuos defektus dar prieš jiems pradedant gadinti įrenginių darbą. Toks požiūris gali būti taikomas ir kitoms sluoksninėms medžiagoms.
