Кремний, являющийся основой компьютерных чипов на протяжении многих лет, достигает своих физических границ. Для того чтобы продолжать разрабатывать все более компактную и мощную электронику, исследователи ищут возможности комбинирования кремния с новыми ультратонкими материалами.
Одной из наиболее перспективных групп считаются дихалькогениды переходных металлов (ДПМ), среди которых выделяется дисульфид молибдена — материал толщиной всего в три атома, состоящий из слоя молибдена между двумя слоями серы.
Для разработки транзисторов будущего, в которых будут сочетаться кремний и ДПМ, производителям может потребоваться выборочно удалять атомы только с верхнего слоя серы, оставляя нижние слои нетронутыми. Одним из распространенных методов удаления поверхностных атомов является использование плазмы — энергетического состояния материи, которое изучается в Принстонской лаборатории физики плазмы уже 75 лет.
При тщательно контролируемых условиях частицы плазмы могут воздействовать на поверхность материала и выбивать атомы. Однако проблема заключается в том, чтобы достичь достаточной энергии для удаления серы с верхнего слоя без повреждения молибденового слоя под ним. Поскольку разница между успешным удалением и повреждением подложки крайне мала, разработка надежного процесса оказалась трудной задачей.
С помощью компьютерного моделирования, ученые выяснили, что обработка дисульфида молибдена кислородом или фтором перед воздействием плазмы делает процесс гораздо более управляемым. Моделирование показало, что предварительная обработка значительно снижает энергию, необходимую для удаления атомов серы. На необработанной поверхности выбивание атома серы требует около 30 электронвольт. Этот порог падает примерно до 10 электронвольт при добавлении фтора и около 14 электронвольт при использовании кислорода.
Это значительная разница, так как ионы плазмы могут иметь разное количество энергии. На необработанной поверхности диапазон между удалением серы и повреждением нижележащего молибдена настолько мал, что некоторые ионы неизбежно наносят нежелательный ущерб. Снижение порога удаления серы создает более широкий диапазон операций, предоставляя производителям больше гибкости для чистого удаления верхнего слоя с сохранением остального материала.
Вместо того чтобы полагаться исключительно на физические удары для выбивания атомов, исследователи нашли возможность использовать химию. Когда входящий ион сталкивается с обработанной кислородом поверхностью, два атома кислорода могут соединиться с соседним атомом серы, образуя диоксид серы — стабильный газ, который естественным образом уходит с поверхности. Фтор ведет себя аналогично, образуя соединения серы и фтора, которые легче удалить.
«Мы не разрываем связи напрямую, — объясняет ведущий автор исследования, аспирант Принстонского университета Юрий Поляченко. — Мы формируем промежуточные продукты, в частности, диоксид серы. Этот промежуточный продукт значительно легче отделить».
Авторы разработки намерены продолжить исследование методики и проверить, подходит ли этот подход для родственных материалов, заменив молибден на вольфрам или серу на селен.
Фото: hi-tech.mail.ru