中國粉體網(wǎng)5月29日訊 美國北卡州立大學研究人員表示，他們開發(fā)出制造高質(zhì)量原子量級半導體薄膜(薄膜厚度僅為單原子直徑)的新技術(shù)。材料科學和工程助理教授曹林友(音譯)說，新技術(shù)能將現(xiàn)有半導體技術(shù)的規(guī)模縮小到原子量級，包括激光器、發(fā)光二極管和計算機芯片等。
研究人員研究的材料是硫化鉬，它是一種價格低廉的半導體材料，電子和光學特性與目前半導體工業(yè)界所用的材料相似。然而，硫化鉬又與其他半導體材料有所不同，因為它能以單原子分層生長形成單層薄膜，同時薄膜不會失去原有的材料特性。
在新技術(shù)中，研究人員將硫粉和氯化鉬粉放置于爐內(nèi)，并將溫度逐步升高到850攝氏度，此時兩種粉末出現(xiàn)蒸發(fā)(汽化)并發(fā)生化學反應形成硫化鉬。繼續(xù)保持高溫，硫化鉬能沉積到基片上，形成薄薄的硫化鉬膜。
曹林友表示，他們成功的關(guān)鍵是尋找到了新的硫化鉬生長機理，即自限制生長，通過控制高溫爐中分壓和蒸汽壓來精確地控制硫化鉬層的厚度。
分壓代表懸浮在空氣中的原子或分子聚集成固體沉淀到基片上的趨勢;蒸汽壓代表基片上的固體原子或分子汽化進入空氣的趨勢。為在基片上獲得單層硫化鉬，分壓必須高于蒸汽壓;分壓越高，沉積到底部的硫化鉬層就越多。如果分壓高于在基片上形成單層薄膜的蒸汽壓，但又低于形成雙層薄膜的蒸汽壓，那么在分壓和蒸汽壓之間的這種平衡能確保在單層硫化鉬薄膜形成后薄膜生長自動停止，不再向多層發(fā)展。這就是“薄膜的自限制生長”。
分壓通過調(diào)節(jié)高溫爐內(nèi)氯化鉬的量來控制，爐內(nèi)鉬的量越多，分壓則越高。曹林友表示，利用該技術(shù)，他們每次都獲得了晶片大小、原子直徑厚的硫化鉬單層薄膜。同時還可以通過改變分壓獲得2—4個原子直徑厚的硫化鉬薄膜。
研究人員目前在試圖尋找其他的方式，以制造類似的但每個原子層由不同材料組成的薄膜。同時，他們也在利用新技術(shù)制作場效應晶體管和發(fā)光二極管。
[點評]越薄的半導體薄膜，在納米電子器件中就越受歡迎。北卡州立大學此次能制備出厚度僅為單原子直徑的半導體薄膜，關(guān)鍵在于其選用的材料。硫化鉬的層狀結(jié)構(gòu)與眾不同，單層硫化鉬則具有直接帶隙，與傳統(tǒng)硅材料相比，它體積更小、介電常數(shù)也更小，這就意味著其晶體管也能比傳統(tǒng)型更省電。因而，一個全新的硫化鉬生長機理的出現(xiàn)，可以彌補一直以來單層硫化鉬在工藝制備方法上的不足，進而打開這扇應用領(lǐng)域的大門。
研究人員研究的材料是硫化鉬，它是一種價格低廉的半導體材料，電子和光學特性與目前半導體工業(yè)界所用的材料相似。然而，硫化鉬又與其他半導體材料有所不同，因為它能以單原子分層生長形成單層薄膜，同時薄膜不會失去原有的材料特性。
在新技術(shù)中，研究人員將硫粉和氯化鉬粉放置于爐內(nèi)，并將溫度逐步升高到850攝氏度，此時兩種粉末出現(xiàn)蒸發(fā)(汽化)并發(fā)生化學反應形成硫化鉬。繼續(xù)保持高溫，硫化鉬能沉積到基片上，形成薄薄的硫化鉬膜。
曹林友表示，他們成功的關(guān)鍵是尋找到了新的硫化鉬生長機理，即自限制生長，通過控制高溫爐中分壓和蒸汽壓來精確地控制硫化鉬層的厚度。
分壓代表懸浮在空氣中的原子或分子聚集成固體沉淀到基片上的趨勢;蒸汽壓代表基片上的固體原子或分子汽化進入空氣的趨勢。為在基片上獲得單層硫化鉬，分壓必須高于蒸汽壓;分壓越高，沉積到底部的硫化鉬層就越多。如果分壓高于在基片上形成單層薄膜的蒸汽壓，但又低于形成雙層薄膜的蒸汽壓，那么在分壓和蒸汽壓之間的這種平衡能確保在單層硫化鉬薄膜形成后薄膜生長自動停止，不再向多層發(fā)展。這就是“薄膜的自限制生長”。
分壓通過調(diào)節(jié)高溫爐內(nèi)氯化鉬的量來控制，爐內(nèi)鉬的量越多，分壓則越高。曹林友表示，利用該技術(shù)，他們每次都獲得了晶片大小、原子直徑厚的硫化鉬單層薄膜。同時還可以通過改變分壓獲得2—4個原子直徑厚的硫化鉬薄膜。
研究人員目前在試圖尋找其他的方式，以制造類似的但每個原子層由不同材料組成的薄膜。同時，他們也在利用新技術(shù)制作場效應晶體管和發(fā)光二極管。
[點評]越薄的半導體薄膜，在納米電子器件中就越受歡迎。北卡州立大學此次能制備出厚度僅為單原子直徑的半導體薄膜，關(guān)鍵在于其選用的材料。硫化鉬的層狀結(jié)構(gòu)與眾不同，單層硫化鉬則具有直接帶隙，與傳統(tǒng)硅材料相比，它體積更小、介電常數(shù)也更小，這就意味著其晶體管也能比傳統(tǒng)型更省電。因而，一個全新的硫化鉬生長機理的出現(xiàn)，可以彌補一直以來單層硫化鉬在工藝制備方法上的不足，進而打開這扇應用領(lǐng)域的大門。
