Из-за относительно низкой стоимости и изобилия кремний широко используется в микроэлектронике и был описан как «основа» информационного века. Однако при температуре окружающей среды хрупкость кремния ограничивает его использование в компонентах микроэлектромеханических систем (МЭМС).
Теперь новое исследование, проведенное группой в ETH Zürich, в сотрудничестве с коллегами из Лаборатории механики материалов и наноструктур в Empa, как сообщается, показывает, что при определенных контролируемых условиях кремнием можно манипулировать, чтобы он стал намного прочнее и более деформируемым, что могло бы достигнуть улучшенных функциональных свойств, которые приведут к созданию лучших МЭМС компонентов.
Совместная команда провела 10-летнее исследование, в котором основное внимание уделялось методам производства кремниевых компонентов с использованием литографии в качестве альтернативы методу получения сфокусированного ионного пучка. Хотя ионно-лучевой метод может быть использован для фрезерования желаемых форм в кремниевую пластину, он оставляет поверхностные повреждения и дефекты, которые могут привести к более легкому разрушению материала.
В качестве альтернативы исследовательская группа попробовала определенный тип литографии. «Во-первых, мы производим желаемые структуры – крошечные столбы в нашем случае – путем травления немаскированного материала с участков кремниевой поверхности с помощью газовой плазмы» – объяснил Мин Чен, доктор философии, ученик Джеффа Уилера, руководителя исследовательской группы.
Затем исследовательская группа проверила прочность и пластическую деформируемость кремниевых «столбов», которые были произведены. По их словам, они достигли предела сверхвысокой упругой деформации и почти идеальной прочности – столбы, изготовленные с помощью литографии, могут, как сообщается, деформироваться при размерах в 10 раз больше, чем было зафиксировано в предыдущих исследованиях.
Мало того, что результаты показали, что столбы деформируются с размерами, в десять раз превышающими то, что было ранее замечено, но и что прочность столбов также достигла уровней, которые ранее считались просто теоретическими для идеальных кристаллов. По словам Уилера, это делает столбы такими прочными, так это «абсолютная чистота» поверхностей столбов, достигаемая на этапе окончательной очистки. Это приводит к гораздо меньшему количеству поверхностных дефектов, из-за которых может образоваться трещина, и разрушить материал.
Уилер также отмечает, что результаты его команды могут оказать непосредственное и глубокое влияние на производство кремниевых МЭМС: «Таким образом, гироскопы, используемые в смартфонах, которые обнаруживают вращение устройства, могут быть сделаны еще меньше и надежнее».
Промышленность уже использует комбинацию травления и очистки, которую исследовал Уилер и его команда, поэтому их работа может быть использована для улучшения текущих процессов и применения к другим материалам с кристаллическими структурами, подобными кремниевым.
Другое преимущество более эластичного кремния состоит в том, что электрические свойства могут быть улучшены. Применение большой деформации к кремнию может улучшить подвижность электронов, что, среди прочего, может привести к сокращению времени переключения благодаря использованию структур, встроенных в полупроводниковый чип.
© digitrode.ru