Imagem de um array de dispositivos fabricado com o método proposto pelos pesquisadores. Crédito:Li et al.
Semicondutores 2-D podem ter aplicações muito úteis, particularmente como materiais de canal para transistores de baixa potência. Esses materiais exibem uma mobilidade muito elevada em espessuras extremas, o que os torna alternativas particularmente promissoras ao silício na fabricação de eletrônicos.
Apesar de suas vantagens, implementar esses materiais em transistores provou ser um desafio até agora. Na verdade, Os semicondutores 2-D são de natureza livre de ligações pendentes; portanto, é notoriamente difícil depositar dielétricos ultrafinos de porta alta κ (isto é, substâncias com propriedades dielétricas ou isolantes) nos materiais via deposição de camada atômica (ALD), frequentemente resultando em filmes descontínuos.
Pesquisadores da Universidade de Nanjing, na China, apresentaram recentemente uma nova estratégia para superar essa limitação, em última análise, permitindo a deposição de dielétricos de porta em semicondutores 2-D. Em um artigo publicado em Nature Electronics , eles relataram o ALD bem-sucedido de dielétricos de porta alta κ em semicondutores 2-D usando um cristal molecular como uma camada de semeadura.
"Nossa pesquisa tenta resolver o problema da integração dielétrica de porta de alta qualidade para transistores 2-D, "Xinran Wang, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Em transistores Si de última geração, a espessura efetiva do óxido (EOT) foi reduzida para sub-1 nm. Atualmente, há uma grande lacuna entre os materiais 2-D e o Si em termos de EOT, densidade do estado da interface (Dit), e vazamento de portão. Se alguém quiser avançar seriamente na tecnologia de transistores 2-D, essa lacuna deve ser superada. "
A abordagem introduzida por Wang e seus colegas permite a produção de dielétricos com uma espessura de óxido equivalente a 1 nm no grafeno, dissulfeto de molibdênio (MoS 2 ) e disseleneto de tungstênio (WSe 2 ) Os dielétricos que resultam da abordagem dos pesquisadores exibem uma rugosidade reduzida, densidade de estados de interface e vazamento quando comparados com aqueles produzidos usando métodos mais convencionais. Interessantemente, eles também apresentam um campo de decomposição aprimorado.
"Diferente de transistores 2-D, outra direção explorada pelo meu grupo de pesquisa é a eletrônica orgânica, "Wang acrescentou." Nos últimos anos, desenvolvemos meios para controlar com precisão a montagem de moléculas na superfície de material 2-D. Para muitas moléculas, incluindo PTCDA, provamos que podemos controlar o crescimento tão bem que apenas uma monocamada (~ 0,3 nm) é uniformemente depositada, com uma interface muito limpa. "
A camada de interface criada por Wang e sua equipe de pesquisa em seu trabalho anterior é uma das camadas de interface mais finas atualmente atingíveis. Em seu presente estudo, eles usaram essa camada para fabricar transistores de radiofrequência de grafeno que operam a 60 GHz, bem como MoS 2 e WSe 2 transistores semicondutores de óxido metálico complementares com uma tensão de alimentação de 0,8 V e uma oscilação de subliminar baixa de 60 mV dec -1 . Finalmente, eles também usaram sua técnica para criar MoS 2 transistores com um comprimento de canal de 20 nm com uma relação liga / desliga de mais de 10 7 .
"Acho que nosso resultado mais significativo foi que fomos capazes de alcançar EOT de 1 nm em materiais 2-D, "Disse Wang." Acredita-se amplamente que o canal 2-D pode reduzir o consumo de energia dos transistores em comparação com os semicondutores em massa. Contudo, para conseguir isso, temos que usar a mesma tensão de operação, e os transistores podem ser desligados bruscamente (oscilação do sublimiar perto de 60 mV / dec). Ambas as quantidades dependem muito da qualidade e da espessura do dielétrico da porta. Nosso estudo demonstra verdadeiramente o potencial dos semicondutores 2-D para a eletrônica de baixa potência. "
Wang e seu grupo de pesquisa foram os primeiros a desenvolver transistores 2-D com EOT de 1 nm, depor com sucesso o dielétrico em três materiais diferentes. Notavelmente, o EOT e o vazamento de porta que eles alcançaram são comparáveis aos observados em CMOS de silício de última geração, o que é um avanço significativo nesta área de pesquisa.
“Acho que ainda há muito espaço para melhorias, "Disse Wang." Por exemplo, O Dit em transistores 2-D ainda é ~ 2 ordens de magnitude maior do que Si CMOS. Além disso, seria ótimo reduzir ainda mais o EOT para ~ 0,8 nm usando óxidos de k superior. Finalmente, a compatibilidade dos materiais que desenvolvemos com os processos CMOS existentes também precisa ser estudada. "
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