그래 핀의 놀랄만 한 속성과 궁금해하는 재료에 밴드 갭을 부여한 모든 엔지니어링에도 불구하고 디지털 로직에 대한 전망은 의심의 여지가 없습니다.

사진 : jose-luis olivares / mit

그러나 디지털 로직 외부의 전자 제품에서 그래 핀 (graphene)의 용도 목록은 계속해서 증가하고 있습니다. 최근에는 물질의 벌크 웨이퍼를 사용하는 데 드는 높은 비용없이 반도체 박막을 준비함으로써 그래 핀이 이국적인 반도체를 산업에보다 쉽게 ​​이용할 수있게하는 mit의 연구에서 나온다.

저널의 성격에 기술 된 연구에서, 갈륨 아세 나이드 (가 스) 웨이퍼의 상부에 그라 핀 박막이 놓여있다. 갈륨 비소 (ga), 인화 인듐 (indp), 인듐 갈륨 비소 (ingaas)와 같은 하나 이상의 원소로 만들어진 화합물 반도체가 에피 택시 공정에서 그 그래 핀 층의 최상부에서 성장한다.

그래 핀은 기판 상에 비활성이고 얇기 때문에,가 스 기판으로부터 방출되는 전자 포텐셜 필드는 그래 핀을 투과 할 수있다. 이것은 기판의 원자 구조에 관한 \"정보\"가 통과하도록합니다. 이러한 방식으로, 그래 핀 위에 성장한가 스 필름은 기판과 동일한 원자 구조를 채택 할 수 있습니다. 화합물 반도체가 형성되면, 그래 펜은 성장한 반도체를 쉽게 벗겨 낼 수있을만큼 매끄러 워서 밑에있는 웨이퍼는 손상되지 않습니다.

\"독립 단결정을 만드는 .... 얇은 필름은 물질 과학 공동체에서 악명 높은 도전 과제입니다. \"라고 미시건 대학 조교수 교수는 이메일과의 인터뷰에서 밝혔다. \"이 프로젝트의 놀라운 점은 우리가 쉽게 껍질을 벗길 수있는 그라 핀 위에 대형 단결정 화합물 반도체를 만들 수 있었다는 것입니다.\"

photo : jose-luis olivares / mitleds는 graphene copy-machine 기술을 사용하여 제작되었습니다.

첫 번째 원리 밀도 함수 이론 (dft)이라고 불리는 계산법을 사용하여 연구원들은 가나 웨이퍼와 가우스 박막 사이의 진공 틈을 통해 전자 포텐셜을 모델링 할 수있었습니다. 모델은이 간격이 0.9 나노 미터보다 작 으면 가우 기판의 전자 전위가 도착하는 갈륨 및 비소 원자와 여전히 상호 작용할 수 있음을 보여주었습니다.

이러한 계산에 기초하여, 연구원들은 웨이퍼의 원자 결정 구조가 화합물 반도체로 이전 될 것이라는 것을 알았다. 웨이퍼는 그 위에 단결정 소자를 성장시키기위한 결정 시드 층으로서 작용한다. 웨이퍼의 유일한 측면은 단결정 주형으로 작용하는 연마 된 표면이지만 웨이퍼는 가혹한 가공을 견디기 위해 기계적 강도를주기 위해 의도적으로 두껍게 만들어집니다.

화합물 반도체의보다 저렴한 원천에 대한 필요성은 분명합니다. kim에 따르면, 특정 디바이스 애플리케이션에 대해 실리콘을 좋게 만드는 특성이있다. 예를 들어, 실리콘 위에 고품질 LED를 성장시키는 것은 불가능합니다. 이 장치 응용에는 사파이어 웨이퍼 또는 실리콘 카바이드 웨이퍼가 필요합니다.

\"웨이퍼 비용으로 인해 경제적으로 비실용적이기 때문에 업계에 가져올 수없는 특정 전자 / 광 소자에 대한 많은 예가 있습니다\"라고 Kim은 말합니다. \"우리는이 목표를 위해 무한 웨이퍼 재사용 가능성의 개념을 가져오고 있습니다.\"

Kim은이 프로젝트의 궁극적 인 목표는 두 가지를 달성한다고 말합니다. 첫째, 이국적인 화합물 반도체 장치 제조 비용을 크게 줄입니다. 두 번째는 새로운 장치를 발명 할 수있는 기회를 창출하는 것입니다.

이 연구는 실리콘 게르마늄 및 III-V 반도체와 같은 재료의 결합이 실리콘 틱에서 스피드 로직을 사용하는 시스템에 이르는 제조 문제를 해결합니다. 실리콘 위에 이러한 물질을 증착하면 소자 성능을 저하시키는 결함이 발생하는 경향이있다.

그림 : mit

실리콘 위에 최소한의 결함으로 반도체를 성장시키기 위해서는 성장되어야 할 필름의 결정 격자의 크기가 실리콘의 결정 격자와 유사하거나 때로는 격자 매칭이라고 불리는 것이 가장 중요합니다. 불행히도 게르마늄 원자는 실리콘 원자보다 훨씬 크기 때문에 실리콘 위에 순수한 게르마늄 결정을 성장 시키면 결정 격자의 크기가 다르기 때문에 게르마늄 결정에 많은 결함이 생깁니다.

이 최근 접근법에서,가 스는 실리콘 기판으로 옮겨 질 수있는 그래 핀 위에서 성장합니다.

\"우리는 본질적으로 단결정 실리콘 기판 위에 단결정가 스 필름 스택을 만들었습니다. 우리가 [화합물 반도체]를 \"실리콘\"과 결혼하려는 방법은 김씨가 말합니다.

업계에서 채택하려는 모든 기술에 대한 가장 큰 요구 사항 중 하나는 대규모 처리를 시연하는 것입니다. mit 팀의 현재 과제는 높은 수율로 그래 핀 전 송 공정을 확장하는 것입니다. \"그래 핀 적용 범위가 이상적이지 않은 특정 영역이 있습니다. 우리는 단일 결정체 그래 핀의 대형 고품질 그라 핀 전송을 업계에 제공 할 수 있기를 원합니다\"라고 김씨는 덧붙입니다.

연구진은이 화합물 반도체 박막의 성장 및 박리 공정을 지속적으로 개선하고 있지만, 이종 반도체로 만들어진 단일 구조의 소자 인 이종 구조 소자를 만드는 데 더 관심이있다. 지금까지는 전통적 에피 택시 과정에서 \"격자 매칭 (lattice matching)\"문제로 인해 실현이 어려웠다.

kim은 다음과 같이 덧붙입니다. \"우리는 서로 다른 반도체를 쌓아서 새로운 장치를 설계하고 제작하고 있습니다. 우리는 궁극적으로 하나의 장치로 여러 반도체의 독특하고 매우 유리한 모든 특성을 융합시키고 자합니다. \"

키워드 : 화합물, 반도체 iii-v, 인화 인듐, 에피 택시, 웨이퍼, 그래 핀, 갈륨 비소, 인듐 갈륨 비소

출처 : ieee

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