Forskare utvecklade ett sätt att upptäcka fel i tunna elektroniska lager

Ultratunna elektroniska lager kan misslyckas på grund av atomära fel.En ny metod avslöjar dessa svaga punkter innan enheter går sönder.

Forskare i USA har utvecklat ett sätt att upptäcka dolda defekter i ultratunna elektroniska material som kan få enheter att gå sönder vid lägre spänningar.Ett team vid Rice University visade att små defekter i hexagonal bornitrid, en vanlig tvådimensionell isolator, kan fånga in elektriska laddningar och försvaga specifika delar av materialet.Dessa svaga punkter tillåter ström att läcka tidigare än förväntat, vilket kan leda till enhetsfel.Två enheter tillverkade med samma process kan bete sig olika om en innehåller dessa dolda fellinjer.

Studien undersökte skiktade elektroniska strukturer som kallas heterostrukturer.Dessa är byggda genom att stapla olika tvådimensionella material.Hexagonal bornitrid används ofta i dessa staplar eftersom det ger ett plant och stabilt isolerande skikt mellan aktiva material.

Forskarna fann långa, smala felställningar i atomskikten av hexagonal bornitrid.Dessa defekter, som kallas staplingsfel, liknar små skiftningar mellan sidorna i en bok.Även om de lätt kan bildas är de svåra att upptäcka med vanliga inspektionsverktyg.

För att förstå hur felen bildas, skalade teamet tunna flingor från en bulkkristall med hjälp av tejp och överförde dem till kisel- och kiseldioxidskivor.De misstänkte att böjning under denna överföringsprocess kunde leda till staplingsfel.


Samma flingor undersöktes före och efter överföring.Optiska och atomära kraftmikroskop visade släta ytor.Men när proverna analyserades med katodoluminescensspektroskopi, som skannar materialet med en elektronstråle och registrerar emitterat ljus, blir ljusa och smala förkastningslinjer synliga.

Resultaten visade att tjockare flingor var mer benägna att utveckla dessa fel.I regioner med staplingsfel sjönk materialets isoleringsförmåga och elektriskt läckage började vid lägre spänningar.

Genom att kombinera elektronmikroskopi, katodoluminescenskartläggning och kraftbaserade mätningar skapade teamet en praktisk metod för att identifiera dessa dolda defekter innan enheter tas i drift.Tillvägagångssättet kan också tillämpas på andra skiktade material som används i ultratunn elektronik.