Ученые из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ нашли новый материал для производства полупроводников. Как рассказали в институте, специалисты изучили характеристики нового 2D-материала - карбида фосфора, и пришли к выводу, что этот материал может стать идеальной основой для транзисторов, необходимых для совершенствования РЛС и систем спутниковой связи.
Семейство 2D-материалов включает металлы, полуметаллы, полупроводники и изоляторы. Наиболее известный 2D-материал, графен, - монослойная пленка углерода. "Самая заманчивая для электронного инжиниринга особенность карбида фосфора - сильная анизотропия (различие свойств в различных направлениях) подвижности. Можно сказать, что вязкость этого материала по отношению к носителям заряда - электронам и дыркам - неодинакова в разных направлениях", - сказал профессор ядерного университета МИФИ Константин Катин. Однако, по его словам, в отличие от чисто углеродных материалов, например графена, в карбиде фосфора возможны дефекты типа "перестановка", когда атомы углерода и фосфора меняются местами и занимают "не свои" места. Из-за наличия дефектов такой полезный эффект, как анизотропность подвижности, размывается. Дефекты увеличивают и выравнивают вязкость материала во всех направлениях. Носители заряда как будто врезаются в дефекты и отскакивают от них в случайных направлениях. В результате катастрофически падает быстродействие электронных приборов.
Обеспечить идеальный порядок на атомистическом уровне в процессе изготовления материала невозможно, поэтому ученые МИФИ поставили перед собой задачу определить, насколько такие дефекты губительны для подвижности носителей. "Мы обнаружили, что существует диапазон безопасных концентраций дефектов, которые почти не влияют на свойства материала. После превышения некоторого порога концентраций дефекты превращаются в ловушки для электронов и дырок и препятствуют их движению. При еще более высоких концентрациях дефекты так сильно искажают свойства исходного материала, что меняются даже эффективные массы носителей. Самое неожиданное - это то, что подвижность за счет такого эффекта может даже вырасти", - отметил Катин.
Исследователи установили, что карбид фосфора может сохранять высокую анизотропную подвижность даже при нагревании до 1 000 К - температуры, достаточной для реализации большинства технологических операций. "Такая устойчивость поможет карбиду фосфора заменить анизотропные соединения германия и рения при производстве поляризационно-чувствительных фотоприемников, диодов, интегрированных цифровых инверторов и синаптических элементов для нейроморфных устройств. А благодаря лучшей анизотропии и большей подвижности носителей в карбиде фосфора эти устройства станут надежнее и смогут работать быстрее", - заключил ученый. Следующим этапом исследования, по его словам, станет изготовление и характеризация транзистора на основе этого материала.
По материалам ТАСС