研究者らが薄い電子層の欠陥を発見する方法を開発

極薄の電子層は原子欠陥により故障する可能性があります。新しい方法により、デバイスが故障する前にこれらの弱点が明らかになります。

米国の研究者らは、低電圧でデバイスの故障を引き起こす可能性がある極薄電子材料の隠れた欠陥を検出する方法を開発した。ライス大学のチームは、一般的な二次元絶縁体である六方晶系窒化ホウ素の小さな欠陥が電荷を捕らえ、材料の特定の領域を弱める可能性があることを示した。これらの弱点により、予想よりも早く電流が漏れ、デバイスの故障につながる可能性があります。同じプロセスを使用して作成された 2 つのデバイスは、一方のデバイスにこれらの隠れた障害線が含まれている場合、異なる動作をする可能性があります。

この研究では、ヘテロ構造として知られる層状の電子構造を調べました。これらは、異なる 2 次元マテリアルを積み重ねることによって構築されます。六方晶系窒化ホウ素は活物質間に平坦で安定した絶縁層を提供するため、これらのスタックによく使用されます。

研究者らは、六方晶系窒化ホウ素の原子層に細長い不整列を発見した。積層欠陥と呼ばれるこれらの欠陥は、本のページ間のわずかなずれに似ています。それらは簡単に形成されますが、標準の検査ツールで検出するのは困難です。

欠陥がどのように形成されるかを理解するために、研究チームは粘着テープを使用してバルク結晶から薄いフレークを剥がし、シリコンおよび二酸化ケイ素のウェハー上に転写しました。彼らは、この転写プロセス中の曲げにより積層欠陥が発生する可能性があると考えました。


同じフレークを転写の前後で検査しました。光学顕微鏡および原子間力顕微鏡では、滑らかな表面が示されました。しかし、電子ビームで材料を走査し、放出された光を記録するカソードルミネッセンス分光法を使用してサンプルを分析すると、明るく狭い断層線が見えるようになります。

結果は、より厚いフレークほどこれらの欠陥が発生する可能性が高いことを示しました。積層欠陥のある領域では、材料の絶縁性能が低下し、より低い電圧で漏電が始まりました。

電子顕微鏡、カソードルミネッセンスマッピング、および力ベースの測定を組み合わせることにより、チームはデバイスが動作する前にこれらの隠れた欠陥を特定する実用的な方法を作成しました。このアプローチは、超薄型エレクトロニクスで使用される他の層状材料にも適用できます。