Startseite > Ausstellung > Inhalt

Hexagonales Bornitrid eröffnet neue Möglichkeiten für Vanadiumdioxid in der zukünftigen Elektronikindustrie

Mar 05, 2019

Beim hexagonalen Bornitrid (hBN) wird als Substrat von VO2 für sein Wachstum verwendet, Vanadiumdioxid (VO2) -Filme können auf andere Substrate wie Metalle oder flexible Polymere übertragen werden. Es wird erwartet, dass diese Fertigungstechnologie den Anwendungsbereich von VO2-Geräten weiter ausbauen wird.

VO2 dünne Filme

VO2 gilt als revolutionärer Werkstoff in der zukünftigen Elektronikindustrie. Eine der Hauptmerkmale ist, dass es sich bei Raumtemperatur um einen Isolator handelt, dessen atomare Struktur sich jedoch von der Kristallstruktur bei Raumtemperatur zur Metallstruktur (Leiter) ändert, wenn die Temperatur über 68 ° C liegt . Diese einzigartige Eigenschaft, bekannt als Metall-Isolator-Übergang (MIT), macht es zu einer idealen Alternative zu Siliziummaterialien für die neue Generation von elektronischen Geräten mit niedriger Leistung.

Derzeit werden optoelektronische VO2-Bauelemente hauptsächlich im Dünnfilmzustand verwendet. Sie wurden in vielen Bereichen erfolgreich eingesetzt, z. B. bei elektrochromen Geräten, optischen Schaltern, Mikrobatterien, energiesparenden Beschichtungen, intelligenten Fenstern und radiothermischen Mikrogeräten.

Wachsende Substratarten

  VO2-Dünnfilme werden häufig auf oxidischen Substraten hergestellt, da die Kristallisation normalerweise eine Hochtemperatur-Sauerstoffbehandlung erfordert, wie Aluminiumoxid (Al2O3) -Kristalle und Titandioxid (Titandioxid). Einige nicht-oxidische Materialien können jedoch auch als VO2-gewachsene Substrate verwendet werden, wie beispielsweise Silizium (Si), Germanium und Galliumnitrid, die auch vernünftige MIT-Eigenschaften aufweisen können.

 

Grundsätzlich basiert die Fertigung von Bauelementen auf starren Substraten auf der Integration anderer Komponenten mit VO2 von oben nach unten. Wenn jedoch VO2-Dünnfilme auf dünnen übertragbaren Substraten abgeschieden werden können, wird erwartet, dass der Anwendungsbereich von Bauelementen, wie beispielsweise flexiblen Bauelementen, weiter erweitert wird. Daher haben in den letzten Jahren mit der Entwicklung zweidimensionaler (2D) geschichteter Materialien geschichtete Materialien als übertragbare Substrate für dünne Filme von VO2 viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

HBN ist ein Schichtmaterial aus Wabengittern, in denen Stickstoff- und Boratome in ungleichen dreieckigen Positionen angeordnet sind. Aufgrund seiner breiten Bandlückenenergie nahe 6 eV hat es auch eine elektrische Isolierung unter Nanometerdicke. Außerdem sind der Elastizitätsmodul und die Bruchfestigkeit von ultradünnem HBN dem von Diamant ähnlich, und es ist bei 500 ° C noch inert gegenüber Sauerstoff, so dass es das Potenzial hat, ein VO2-Wachstumssubstrat zu sein.

图片1

Dem Papier zufolge zogen japanische Wissenschaftler hBN-Platten mit Klebeband mechanisch von massiven Einkristallen auf 285 nm dicke Siliciumdioxidsubstrate ab. Da die abgelösten hexagonalen Bornitridplatten sehr wenige Defekte aufwiesen, hatten sie eine atomare flache Oberfläche. Anschließend behandelten die Wissenschaftler die hBN-Platten 3,5 Stunden bei 500 ° C, um die Bandreste zu entfernen. Schließlich wurden VO2-Filme durch gepulste Laserabscheidung auf hBN gezüchtet.

图片2

Aufgrund der Kristalleigenschaften von BN ist es nur durch schwache Van-der-Waals-Kraft mit VO2 auf dem Si-Substrat verbunden, was durch mechanisches Ablösen überwunden werden kann. Daher kann hBN / VO2 von Si auf ein Substrat übertragen werden, auf dem kein VO2-Film direkt wachsen kann. Die Wissenschaftler glauben, dass diese Errungenschaft neue Möglichkeiten für die praktische Anwendung von dünnen VO2-Filmen in der Elektronik und Photonik eröffnen wird.