Piilevien virheiden havaitseminen 2D-eristeissä

Materiaali voi näyttää pinnalla virheettömältä, mutta ei silti toimi kunnolla. Syynä ovat kaksiulotteisten ohutkalvojen sisällä piilevät rakenteelliset viat.

Professori Sunmin Ryun ja tohtorikoulutettava Yeri Leen johtama POSTECHin tutkimusryhmä on kehittänyt interferometrisen toisen harmonisen generointiin (SHG) perustuva kuvantamismenetelmän, joka pystyy optisesti tunnistamaan piileviä rakennevirheitä kuusikulmaisen boorinitridin (hBN) ohutkalvoissa.

HBN on lupaava materiaali seuraavan sukupolven puolijohdeteknologioiden avainkomponentiksi. Erityisesti sitä kutsutaan usein "suojakerrokseksi 2D-materiaaleille" sen erinomaisten eristysominaisuuksien vuoksi, jotka auttavat estämään virtavuotoja.

Kuitenkin, kun hBN:ää syntetisoidaan laajoilla alueilla, kalvon sisään voi muodostua alueita, jotka tunnetaan nimellä "antiparalleeliset domeenit", joissa kidesuunnat ovat päinvastaiset, mikä voi heikentää kalvon sähköistä ja optista suorituskykyä näennäisesti ehjästä ulkonäöstä huolimatta.

Perinteiset analyyttiset tekniikat tarjoavat erittäin tarkkoja havaintoja, mutta ne eivät sovellu hyvin nopeaan, laaja-alaiseen analyysiin.

Näiden rajoitusten voittamiseksi tutkijat keskittyivät toisen harmonisen generointia (SHG) hyödyntävään kuvantamiseen.

Ottamalla käyttöön ulkoisen referenssisignaalin ja analysoimalla tarkasti kahden signaalin välisen vaihe-eron, tutkimusryhmä vahvisti, että vastakkaisia domeeneja, joiden SHG-vaiheet eroavat toisistaan täsmälleen 180 astetta, on laajalti läsnä, jopa alueilla, joilla näyttää olevan sama suunta.

Vertailemalla kymmentä eri olosuhteissa kasvatettua hBN-ohutkalvoa tiimi havaitsi, että SHG-intensiteetin vaihtelut liittyvät läheisesti paitsi kiteen orientaatioeroihin myös antiparalleelisten domeenien väliseen tuhoisaan interferenssiin. Toisin sanoen vastakkaisiin suuntiin syntyvien signaalien aiheuttama valon vaimeneminen mahdollistaa kiteen rakenteellisen epähomogeenisuuden kvantitatiivisen arvioinnin.

Tiimi laati myös optiset kriteerit hBN:n kiteisyyden ja rakenteellisen tasaisuuden arvioimiseksi korreloimalla SHG-intensiteetin Raman-spektroskopiadatan ja kideorientaatiohajonnan kanssa. Tämä saavutus menee pidemmälle kuin vain yksittäisten vikojen havaitseminen, ja se avaa tien laaja-alaisten kaksiulotteisten materiaalien nopealle ja systemaattiselle laadunarvioinnille.

Aiheesta aiemmin:

Elektronimikroskopia osoittaa atomitason vikoja mikrosiruissa

Nanoluokan eristeitä