Двуизмерните полупроводникови материали са особено проблематични, тъй като всяка корозия може да ги направи безполезни (снимка: CC0 Public Domain)
Учени разработиха нов процес на синтез, който може да се използва в производството на устойчиво на ръжда покритие с допълнителни свойства, идеални за създаване на по-бърза и дълготрайна електроника. Екипът, ръководен от изследователи от Пенсилванския държавен университет, публикува статия за изследването в сп. Nature Communications.
Двуизмерните (2D) полупроводникови материали, които контролират потока на електричество в електронните устройства, са особено проблематични, тъй като всяка корозия може да направи атомно тънкия материал безполезен.
Традиционните методи за защита на тези материали от ръжда включват покрития на базата на оксиди, но тези процеси често използват вода, която по ирония на съдбата може да ускори самото окисляване, което подобни покрития трябва да предотвратят.
Екип, ръководен от професор Джошуа Робинсън от държавния университет в Пенсилвания, разработи нов метод за синтез, който използва аморфен борен нитрид (a-BN) като покритие. Този материал е известен със своята висока термична стабилност и електрически изолационни свойства, което го прави идеален за използване в полупроводници.
„Едно от най-големите предизвикателства, пред които сме изправени в съвременните изследвания на двуизмерни полупроводници, е фактът, че материалите се окисляват бързо. Трябва да бъде осигурена тяхната дългосрочна надеждност, тъй като се използват в транзистори или сензори, проектирани да издържат с години. В момента тези материали не издържат повече от седмица на открито”, каза Джошуа Робинсън, професор по материалознание и инженерство и съавтор на статията.
Според него, високата диелектрична якост на a-BN е сравнима с най-добрите налични диелектрици и не изисква вода в процеса на създаването му. Екипът също така разработи нов двуетапен метод за отлагане на атомен слой, който може равномерно да покрие двуизмерни материали със слой от a-BN.
„Искахме да избягаме от използването на вода в този процес, така че започнахме да мислим какви двуизмерни материали можем да направим, без да използваме вода при обработката, и аморфният борен нитрид е един от тях”, разказва Робинсън.
Използвайки този нов метод, екипът успя да създаде равномерно покритие от a-BN върху 2D полупроводници, което доведе подобрение от 30% до 100% в производителността на транзистора (в зависимост от конструкцията на транзистора), в сравнение с устройства без a-BN.
„Когато поставите 2D полупроводници между аморфен борен нитрид, вие получавате по-гладък електронен път, което ще позволи направата на по-добра електроника. Електроните могат да пътуват през 2D материал по-бързо, отколкото ако са между други диелектрични материали”, обясни Робинсън.
Той смята, че разработката на неговия екип е само началото в усвояването на огромния потенциал на a-BN като диелектричен материал за полупроводникови устройства.
„Имаме място за подобрение, въпреки че [a-BN] вече превъзхожда други диелектрични материали. Основното нещо, което се опитваме да направим в момента, е да подобрим цялостното качество на материала и след това да го интегрираме в някои от сложните структури, които ще се видят в бъдещата електроника”, заключи Робинсън.