新方法提高二维材料缺陷检测效率 将推动半导体行业发展

　　为了进一步缩小电子器件并降低能耗，半导体行业逐渐对使用二维材料感兴趣，但制造商需要一种快速准确的方法来检测这些材料中的缺陷，以确定该材料是否适合器件制造。二维材料在原子上很薄，最著名的二维材料是石墨烯，即单原子厚的碳原子层。现在，一组研究人员已经开发出一种快速、灵敏地表征二维材料缺陷的技术。

激光束（黄色）反射2D材料（橙色），突出显示原子晶格中的晶界缺陷。

　　近日，有研究人员代表宾夕法尼亚州立大学、东北大学、赖斯大学和巴西联邦大学提出了一个解决方案，即将激光与二次谐波结合使用。二次谐波产生是一种现象，在这种现象中照射在材料上的光的频率是原来频率的两倍。研究人员增加了暗场成像技术，这种技术可以滤除多余的光线，使缺陷发光。研究人员称，这是第一次使用暗场成像，它提供的亮度是标准亮场成像方法的三倍，使人们能够看到以前看不见的缺陷类型。

　　最近发表在Nano Letters上的一篇论文的资深作者、联邦大学（Universidade Federal de Minas Gerais）教授Leandro Mallard说，“由于2-D材料的不同晶粒之间的干扰效应，通常使用的明亮场二次谐波产生的缺陷的定位和识别受到限制。在这项工作中，我们已经证明，利用暗场SHG，我们可以消除干扰效应，并揭示半导体二维材料的晶界和边缘。这种新颖的技术具有良好的空间分辨率，可以成像大面积的样品，用于监视工业规模生产材料的质量。”

　　宾夕法尼亚州立大学凡尔纳·M·威拉曼物理学教授毛里西奥·特罗纳斯（Mauricio Terrones）说：“人们一直努力地制造出没有缺陷的二维材料，这是最终目标。我们希望在4英寸晶圆上有一个二维材料，至少有可接受数量的缺陷，并且能够快速进行评估。”

　　宾州州立大学物理、材料科学与工程、化学等领域的杰出教授文森特·克雷斯皮（Vincent H.Crespi）补充道：“晶体是由原子构成的，因此晶体中原子错位的缺陷也具有原子大小。通常，需要使用电子束进行显微镜检查的功能强大、价格昂贵且缓慢的实验探针，以辨别材料中的此类精细细节。在这里，我们使用一种快速且易于使用的光学方法，仅提取源自缺陷本身的信号，以快速可靠地找出如何将二维材料从不同方式定向的晶粒中缝合在一起。”

　　另一位合著者将这项技术比作在一页满是零的纸上找到一个特定的零。宾夕法尼亚州立大学材料研究所助理研究员王元喜说：“在暗场中，所有的零点都是隐形的，所以只有缺陷的零点是突出的。”

　　王元喜称，半导体行业希望能够检测生产线上的缺陷，但二维材料可能会在用于电子产品之前被用于传感器。由于二维材料是柔性的，并且可以被整合到非常小的空间中，因此它们是智能手表或智能手机中以及多个需要小型、柔性传感器的其他地方的多个传感器的理想选择。

　　首席作者布鲁诺·卡瓦略（Bruno Carvalho）说：“下一步将是改进实验装置，以绘制零维缺陷（例如原子空位），并将其扩展到具有不同电子和结构特性的其他二维材料。”

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