Imagen de una matriz de dispositivos fabricada con el método propuesto por los investigadores. Crédito:Li et al.
Los semiconductores 2-D podrían tener aplicaciones muy útiles, particularmente como materiales de canal para transistores de baja potencia. Estos materiales muestran una movilidad muy alta en espesores extremos, lo que los convierte en alternativas particularmente prometedoras al silicio en la fabricación de productos electrónicos.
A pesar de sus ventajas, la implementación de estos materiales en transistores hasta ahora ha demostrado ser un desafío. De hecho, Los semiconductores 2-D son de naturaleza libre de enlaces colgantes; por lo tanto, Es notoriamente difícil depositar dieléctricos de puerta de alto κ ultradelgados (es decir, sustancias con propiedades dieléctricas o aislantes) sobre los materiales a través de la deposición de capa atómica (ALD), a menudo resulta en películas discontinuas.
Investigadores de la Universidad de Nanjing en China han presentado recientemente una nueva estrategia para superar esta limitación, permitiendo finalmente la deposición de dieléctricos de compuerta en semiconductores 2-D. En un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , informaron del éxito de ALD de dieléctricos de puerta de alto κ en semiconductores 2-D utilizando un cristal molecular como capa de siembra.
"Nuestra investigación intenta resolver el problema de la integración dieléctrica de puerta de alta calidad para transistores 2-D, "Xinran Wang, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "En los transistores Si de última generación, el espesor de óxido efectivo (EOT) se ha reducido a menos de 1 nm. En el presente, hay una gran brecha entre los materiales 2-D y el Si en términos de EOT, densidad del estado de la interfaz (Dit), y fugas en la puerta. Si uno quiere impulsar seriamente la tecnología de transistores 2-D, esta brecha debe ser superada ".
El enfoque introducido por Wang y sus colegas permite la producción de dieléctricos con un espesor de óxido equivalente de 1 nm en grafeno. disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) y diselenuro de tungsteno (WSe 2 ). Los dieléctricos que resultan del enfoque de los investigadores exhiben una rugosidad reducida, densidad de estados de interfaz y fugas en comparación con los producidos utilizando métodos más convencionales. Curiosamente, también presentan un campo de avería mejorado.
"Aparte de los transistores 2-D, otra dirección explorada por mi grupo de investigación es la electrónica orgánica, Wang agregó. En los últimos años, Hemos desarrollado medios para controlar con precisión el ensamblaje de moléculas en la superficie del material 2-D. Para muchas moléculas, incluyendo PTCDA, demostramos que podemos controlar el crecimiento tan bien que solo se deposita uniformemente una monocapa (~ 0.3 nm), con una interfaz muy limpia ".
La capa de interfaz creada por Wang y su equipo de investigación en su trabajo anterior es una de las capas de interfaz más delgadas que se pueden conseguir actualmente. En su estudio actual, utilizaron esta capa para fabricar transistores de radiofrecuencia de grafeno que funcionan a 60 GHz, así como MoS 2 y WSe 2 transistores semiconductores de óxido metálico complementarios con una tensión de alimentación de 0,8 V y una oscilación de subumbral baja de 60 mV dec -1 . Finalmente, también usaron su técnica para crear MoS 2 transistores con una longitud de canal de 20 nm con una relación de encendido / apagado de más de 10 7 .
"Creo que nuestro resultado más significativo fue que pudimos lograr 1 nm EOT en materiales 2-D, ", Dijo Wang." Se cree ampliamente que el canal 2-D puede reducir el consumo de energía de los transistores en comparación con los semiconductores a granel. Sin embargo, para lograr eso, tenemos que usar el mismo voltaje de operación, y los transistores se pueden apagar bruscamente (oscilación del subumbral cercano a 60 mV / dec). Ambas cantidades dependen en gran medida de la calidad y el grosor del dieléctrico de la puerta. Nuestro estudio demuestra verdaderamente el potencial de los semiconductores 2-D para la electrónica de baja potencia ".
Wang y su grupo de investigación fueron los primeros en desarrollar con éxito transistores 2-D con un EOT de 1 nm, depositando con éxito dieléctrico en tres materiales diferentes. Notablemente, el EOT y la fuga de puerta que lograron son comparables a los observados en CMOS de silicio de última generación, lo que supone un importante paso adelante en esta área de investigación.
"Creo que todavía hay mucho margen de mejora, "Dijo Wang." Por ejemplo, El Dit en transistores 2-D sigue siendo ~ 2 órdenes de magnitud más alto que el Si CMOS. Además, Sería genial reducir aún más el EOT a ~ 0,8 nm mediante el uso de óxidos de mayor k. Finalmente, la compatibilidad de los materiales que desarrollamos con los procesos CMOS existentes también queda por estudiar ".
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