Bilim adamları, daha hızlı, daha uzun ömürlü elektronikler oluşturmak için ideal olan ek özelliklere sahip, paslanmaya dayanıklı bir kaplama üretmek için yeni bir sentez süreci geliştirdiler. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacıların liderliğindeki bir ekip, çalışmalarını Nature Communications dergisinde yayınladı.
Elektronik cihazlarda elektrik akışını kontrol eden iki boyutlu (2D) yarı iletken malzemeler özellikle sorunludur çünkü herhangi bir korozyon, atomik olarak ince malzemeyi işe yaramaz hale getirebilir.
Bu malzemeleri pastan korumak için kullanılan geleneksel yöntemler arasında oksit bazlı kaplamalar yer alır, ancak bu işlemlerde genellikle su kullanılır ve bu, ironik bir şekilde, önlemek üzere tasarlandıkları oksidasyonu hızlandırabilir.
Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden Profesör Joshua Robinson liderliğindeki bir ekip, kaplama olarak amorf bor nitrürü (a-BN) kullanan yeni bir sentez yöntemi geliştirdi. Bu malzeme, yüksek termal kararlılığı ve elektriksel yalıtım özellikleriyle bilinir ve bu da onu yarı iletkenlerde kullanım için ideal kılar.
“Modern 2 boyutlu yarı iletken araştırmalarında karşılaştığımız en büyük zorluklardan biri malzemelerin hızla oksitlenmesidir. Yıllarca dayanması gereken transistör veya sensörlerde kullanıldıkları için uzun vadeli güvenilirlikleri sağlanmalıdır. Şu anda bu malzemeler açık havada bir haftadan fazla dayanmıyor” dedi malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü ve makalenin ortak yazarı Joshua Robinson.
Robinson’a göre a-BN’nin yüksek dielektrik gücü, mevcut en iyi dielektriklerle kıyaslanabilir düzeydedir ve yapımı için suya ihtiyaç yoktur. Ekip ayrıca iki boyutlu malzemeleri bir a-BN katmanıyla eşit şekilde kaplayabilen yeni bir iki aşamalı atomik katman biriktirme yöntemi geliştirdi.
Robinson, “Bu süreçte su kullanmaktan uzaklaşmak istedik ve bu nedenle işlemde su kullanmadan ne tür iki boyutlu malzemeler yapabileceğimizi düşünmeye başladık ve amorf bor nitrür de bunlardan biri” dedi.
Ekip, bu yeni yöntemi kullanarak 2D yarı iletkenler üzerinde tekdüze bir a-BN kaplaması oluşturmayı başardı ve bu, a-BN’siz cihazlarla karşılaştırıldığında transistör performansında (transistör tasarımına bağlı olarak) %30 ila %100 oranında bir iyileşme sağladı.
“Amorf bor nitrürün arasına 2 boyutlu yarı iletkenleri koyduğunuzda, amorf olsa bile daha düzgün bir elektronik yol elde edersiniz, bu da daha iyi elektroniklere olanak sağlar. Robinson, elektronların 2 boyutlu bir malzeme içerisinde, diğer dielektrik malzemeler arasında olduğundan daha hızlı hareket edebildiğini ifade etti.
Robinson, yüksek dielektrik dayanımına rağmen araştırmacıların a-BN’nin yarı iletken cihazlar için bir dielektrik malzeme olarak potansiyelinin yalnızca yüzeyini çizdiğini belirtti. “Diğer dielektrik malzemelerden zaten üstün olmasına rağmen iyileştirme alanımız var. Şu anda yapmaya çalıştığımız en önemli şey, malzemenin genel kalitesini artırmak ve daha sonra onu gelecekteki elektronikte görülecek bazı karmaşık yapılara entegre etmek,” diye tamamladı Robinson.
