Um novo mecanismo epitaxial permite filmes Ag de altíssima qualidade em substratos de Cu
É simples produzir filmes de metallic policristalino em wafers, mas produzir filmes únicos–filmes de metallic cristalino são muito mais desafiadores. Como os monocristais não possuem limites de grão (as junções entre regiões cristalinas com orientação diferente em materiais policristalinos), eles oferecem desempenho elétrico muito melhor: maior condutividade, menores perdas resistivas, melhor alta–comportamento de frequência (importante para altas–velocidade de comunicação e 5G) e redução de ruído para tecnologias quânticas. Como resultado, métodos para produzir de forma confiável–filmes de cristal são muito procurados.
Solteiro–filmes de cristal de prata e cobre são particularmente valiosos. A prata é um condutor excepcional de eletricidade e luz, enquanto o cobre proporciona excelente gerenciamento térmico e reduz o aquecimento resistivo. No entanto, o cultivo de prata em cobre é notoriamente difícil porque os dois materiais têm uma grande incompatibilidade de rede (13%), o que normalmente introduz deformações, defeitos, deslocamentos e rugosidade, baixa–filmes de qualidade. Isto torna a epitaxia convencional essencialmente impossível.
Neste trabalho, os pesquisadores superaram essa barreira utilizando Epitaxia de Sputtering Atômico, que permite deposição atômica precisa, combinada com pós–recozimento para reduzir os limites dos gêmeos. Eles descobriram que a cepa incompatível é absorvida inteiramente na primeira camada atômica de prata. Isso ocorre porque os átomos na interface se deslocam lateralmente em um padrão periódico e controlado que libera a deformação. Isto representa uma nova forma de heteroepitaxia na qual dois materiais com diferentes periodicidades de rede ainda podem crescer juntos sem problemas.
Eles demonstraram wafer–escala, defeito–solteiro grátis–filmes de prata cristalina em cobre, apesar da enorme incompatibilidade de rede, permitindo extremely–alto filmes metálicos de qualidade para tecnologias ópticas e eletrônicas avançadas. Esta abordagem abre as portas para novos sistemas heteroepitaxiais e fornece um caminho para a produção de filmes de prata com desempenho óptico e eletrônico excepcional.
“O que achamos mais notável é que uma incompatibilidade de rede de 13%, que normalmente impediria a heteroepitaxia limpa, é absorvida quase inteiramente dentro da primeira camada monoatômica Ag na interface Ag / Cu, permitindo que o filme acima cresça como se estivesse em sua própria rede nativa e produzindo filmes em escala de wafer, sem limites de grãos, com superfícies atomicamente planas. Esperamos que este conceito de uma interface de monocamada absorvente de tensão possa ser estendido a outros pares de metais diferentes. “ – Professor Younger-Min Kim, Universidade Sungkyunkwan
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Nanoestruturas de Si/Ge por Karl Brunner (2001)