Estudo demonstra rota de deposição de camada atômica para filmes finos de telúrio van der Waals de grau eletrônico e escalonáveis

Uma equipe de pesquisa, liderada pelo professor Joonki Suh no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e na Escola de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Dispositivos Semicondutores da UNIST, fez um avanço significativo na tecnologia de deposição de filmes finos. Ao empregar um processo inovador de deposição de camada atômica (ALD), o professor Seo conseguiu com sucesso o arranjo regular dos átomos de telúrio (Te) em baixas temperaturas de até 50 graus Celsius.

O método ALD é um processo de filme fino de última geração que permite o empilhamento preciso de materiais semicondutores no nível da camada atômica em estruturas tridimensionais – mesmo em baixas temperaturas de processo. No entanto, a aplicação tradicional aos semicondutores da próxima geração requer altas temperaturas de processamento acima de 250 graus Celsius e tratamento térmico adicional superior a 450 graus Celsius.

Nesta pesquisa, a equipe do UNIST aplicou ALD ao telúrio monoelemental van der Waals – um material sob extensa investigação por suas aplicações potenciais em dispositivos eletrônicos e materiais termoelétricos.

Notavelmente, eles fabricaram com sucesso filmes finos de Te de alta qualidade sem qualquer tratamento térmico pós-deposição a uma temperatura baixa sem precedentes de apenas 50 graus Celsius. Os filmes resultantes exibiram uniformidade excepcional com espessura controlada com precisão até a escala nanométrica – alcançando um arranjo perfeito de átomos com um em cada bilhão de átomos.

Para aumentar a reatividade em temperaturas mais baixas, a equipe de pesquisa empregou dois precursores com propriedades ácido-base. Além disso, eles introduziram co-reagentes para melhorar as reações superficiais e a estabilidade, ao mesmo tempo que adotavam uma técnica de dosagem repetida, injetando precursores em intervalos mais curtos. Estas estratégias permitiram a produção de filmes finos de Te densos e contínuos em comparação com métodos convencionais que muitas vezes resultaram em deposições de grãos porosos ou descontínuos.

O processo de fabricação desenvolvido permitiu o crescimento em escala de wafer em wafers inteiros de 4 polegadas (100 mm), fornecendo controle preciso da espessura do nível da camada atômica e deposição uniforme. Além disso, os filmes finos Te demonstraram compatibilidade com estruturas tridimensionais verticais – um requisito crucial para uma alta integração de dispositivos. Esta inovação possui um potencial significativo para vários dispositivos eletrônicos, como transistores, retificadores e elementos de seleção.

“Esta pesquisa atende a todos os critérios essenciais de síntese de baixa temperatura, grande área e alta qualidade em processos de deposição de semicondutores”, afirmou o professor Suh.

Os resultados desta pesquisa foram publicados em ACS Nano.