Одной из наиболее перспективных групп считаются дихалькогениды переходных металлов (ДПМ), среди которых выделяется дисульфид молибдена — материал толщиной всего в три атома, который состоит из слоя молибдена между двумя слоями серы.
Для создания транзисторов будущего, в которых будут объединены кремний и ДПМ, производителям может потребоваться избирательно удалять атомы только с верхнего слоя серы, оставляя нижележащие слои нетронутыми. Одним из распространенных способов 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 ударять по поверхности материала и выбивать атомы. Однако проблема заключается в достижении 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 сложной задачей.
Используя компьютерное моделирование, ученые обнаружили, что обработка дисульфида молибдена кислородом или фтором перед воздействием плазмы делает процесс гораздо более контролируемым. Моделирование показало, что предварительная обработка резко 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 большая разница, потому что ионы плазмы несут разное количество энергии. На необработанной поверхности диапазон между удалением серы и повреждением нижележащего молибдена настолько узок, что некоторые ионы неизбежно причинят нежелательный ущерб. Снижение порога удаления серы создает более широкое операционное окно, давая производителям больше гибкости для чистого удаления верхнего слоя с сохранением остального материала.
Вместо того чтобы полагаться исключительно на физические удары для выбивания атомов, ученые нашли возможность использовать химию. Когда входящий ион ударяет по обработанной кислородом поверхности, два атома кислорода могут соединиться с соседним атомом серы, образуя диоксид серы — стабильный газ, который естественным образом покидает поверхность. Фтор ведет себя аналогично, создавая 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 гораздо легче отделить».
Авторы разработки планируют продолжить изучение методики и проверить, работает ли этот подход для родственных материалов, заменив молибден на вольфрам или серу на селен.
Ранее мы рассказывали о том, как трехмерные кремниевые микросхемы дадут второе дыхание закону Мура.
Источник: hi-tech.mail.ru