Новые технологии в росте полупроводниковых кристаллов

Команда ученых из Политехнического института Ренсселера (RPI) разработала инновационный подход к росту полупроводниковых кристаллов, который может кардинально изменить производство компьютерных чипов, оптоэлектронных и квантовых вычислительных устройств.

Ранее считалось, что техника удаленной эпитаксии, позволяющая выращивать высококачественные полупроводниковые пленки на одном субстрате и затем переносить их на другой, работает только с буферными слоями толщиной менее одного нанометра. Однако, по данным исследования, опубликованного в журнале Nature, возможно создание кристаллов через углеродные буферные слои толщиной до семи нанометров. Это значительное улучшение, позволяющее сохранить точность ориентации кристалла относительно субстрата.

Исследователи обнаружили, что дефекты в структуре субстрата, такие как дислокации, могут способствовать дальним электростатическим взаимодействиям, влияющим на структуру растущего кристалла. Это открытие расширяет выбор материалов, улучшает технологические процессы и облегчает масштабируемые методы отделения мембран и переработки подложек.

Для подтверждения своих выводов команда использовала модельную систему оксида цинка/нитрида галлия, а также проводила вычислительные симуляции. Была продемонстрирована универсальность подхода на различных комбинациях кристаллов и субстратов. В качестве доказательства концепции были созданы рабочие фотодетекторы путем переноса перовскитных кристаллических пленок на гибкие подложки, что подтверждает практическую применимость метода.

Результаты исследования предполагают, что дефекты субстрата, ранее рассматриваемые как проблемы контроля качества, могут быть целенаправленно использованы для управления процессами удаленной эпитаксии. Это открывает возможности для создания функциональных «островов» или эпитаксиальных слоев в определенных местах кристаллических пленок, что особенно важно для производства квантовых устройств, требующих высокой точности в росте кристаллов.