2D-halfgeleiders kunnen zeer nuttige toepassingen hebben, vooral als kanaalmaterialen voor laagvermogentransistoren. Deze materialen vertonen een zeer hoge mobiliteit bij extreme diktes, waardoor ze bijzonder veelbelovende alternatieven voor silicium zijn bij de fabricage van elektronica.

Ondanks hun voordelen, het implementeren van deze materialen in transistors is tot nu toe een uitdaging gebleken. In feite, 2-D halfgeleiders zijn vrij van bungelende bindingen; dus, het is notoir moeilijk om ultradunne high-κ gate diëlektrica (d.w.z. stoffen met diëlektrische eigenschappen of isolatoren) op de materialen via atomaire laagafzetting (ALD), vaak resulterend in discontinue films.

Onderzoekers van de Nanjing University in China hebben onlangs een nieuwe strategie gepresenteerd om deze beperking te overwinnen, waardoor uiteindelijk de afzetting van poortdiëlektrica op 2D-halfgeleiders mogelijk is. In een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , ze rapporteerden de succesvolle ALD van diëlektrica met hoge -poort op 2-D halfgeleiders met behulp van een moleculair kristal als kiemlaag.

"Ons onderzoek probeert het probleem van hoogwaardige diëlektrische poortintegratie voor 2D-transistoren op te lossen, "Xinran Wang, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "In state-of-the-art Si-transistors, de effectieve oxidedikte (EOT) is teruggebracht tot minder dan 1 nm. Momenteel, er is een grote kloof tussen 2D-materialen en Si in termen van EOT, dichtheid van interfacestatus (Dit), en poort lekkage. Als men de 2-D-transistortechnologie serieus naar voren wil brengen, deze kloof moet worden overwonnen."

De door Wang en zijn collega's geïntroduceerde aanpak maakt de productie mogelijk van diëlektrica met een equivalente oxidedikte van 1 nm op grafeen, molybdeendisulfide (MoS ₂ ) en wolfraamdiselenide (WSe ₂ ). De diëlektrica die het resultaat zijn van de aanpak van de onderzoekers vertonen een verminderde ruwheid, dichtheid van interfacetoestanden en lekkage in vergelijking met die geproduceerd met behulp van meer conventionele methoden. interessant, ze bieden ook een verbeterd uitsplitsingsveld.

"Behalve 2D-transistoren, een andere richting die mijn onderzoeksgroep verkende is organische elektronica, " voegde Wang toe. "In de afgelopen jaren, we hebben middelen ontwikkeld om de assemblage van moleculen op een 2D-materiaaloppervlak nauwkeurig te controleren. Voor veel moleculen inclusief PTCDA, we hebben bewezen dat we de groei zo goed kunnen beheersen dat alleen een monolaag (~0,3 nm) uniform wordt afgezet, met een zeer schone interface."

De interfacelaag die Wang en zijn onderzoeksteam in hun eerdere werk hebben gemaakt, is een van de dunste interfacelagen die momenteel verkrijgbaar zijn. In hun huidige studie ze gebruikten deze laag om grafeen radiofrequentietransistors te fabriceren die werken op 60 GHz, evenals MoS ₂ en WSe ₂ complementaire metaaloxide-halfgeleidertransistors met een voedingsspanning van 0,8 V en een lage subdrempelzwaai van 60 mV dec ^-1 . Eindelijk, ze gebruikten hun techniek ook om MoS . te maken ₂ transistors met een kanaallengte van 20 nm met een aan/uit-verhouding van meer dan 10 ⁷ .

"Ik denk dat ons meest betekenisvolle resultaat was dat we 1 nm EOT konden bereiken in 2D-materialen, " Wang zei. "Er wordt algemeen aangenomen dat 2D-kanalen het stroomverbruik van transistors kunnen verminderen in vergelijking met bulkhalfgeleiders. Echter, om dat te bereiken, we moeten dezelfde bedrijfsspanning gebruiken, en de transistors kunnen scherp worden uitgeschakeld (subthreshold swing bijna 60 mV/dec). Beide hoeveelheden zijn sterk afhankelijk van de kwaliteit en dikte van het poortdiëlektricum. Onze studie toont echt het potentieel aan van 2D-halfgeleiders voor elektronica met een laag vermogen."

Wang en zijn onderzoeksgroep waren de eersten die met succes 2D-transistoren ontwikkelden met een EOT van 1 nm, succesvol diëlektricum afzetten op drie verschillende materialen. Opmerkelijk, de EOT en gate-lekkage die ze bereikten, zijn vergelijkbaar met die waargenomen in ultramoderne silicium-CMOS, wat een belangrijke stap voorwaarts is in dit onderzoeksgebied.

"Ik denk dat er nog veel ruimte voor verbetering is, " zei Wang. "Bijvoorbeeld, De Dit in 2D-transistoren is nog steeds ~ 2 ordes van grootte hoger dan Si CMOS. In aanvulling, het zou geweldig zijn om de EOT verder te verlagen tot ~0,8 nm door hogere-k-oxiden te gebruiken. Eindelijk, de compatibiliteit van de materialen die we hebben ontwikkeld met bestaande CMOS-processen moet ook nog worden onderzocht."

© 2020 Wetenschap X Netwerk