En la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos IEEE de este año (7-11 de diciembre de 2019), imec informa un estudio en profundidad de transistores escalados con MoS ₂ y demuestra el mejor rendimiento del dispositivo hasta la fecha para dichos materiales.

MoS ₂ es un material 2-D, lo que significa que se puede cultivar en forma estable con un grosor casi atómico y precisión atómica. Imec sintetizó el material hasta una monocapa (0,6 nm de grosor) y fabricó dispositivos con contacto escalado y longitud de canal, tan pequeños como 13 nm y 30 nm respectivamente. Estas dimensiones muy escaladas, combinado con espesor de óxido de puerta escalado y dieléctrico de alto K, han permitido la demostración de algunas de las mejores prestaciones de dispositivos hasta ahora. Más importante, estos transistores permiten un estudio completo de las propiedades fundamentales del dispositivo y la calibración de los modelos TCAD. El modelo TCAD calibrado se utiliza para proponer un camino realista para la mejora del rendimiento. Los resultados presentados aquí confirman el potencial de los materiales 2-D para el escalado extremo de transistores, lo que beneficia tanto a la lógica de alto rendimiento como a las aplicaciones de memoria.

Los estudios teóricos recomiendan materiales 2-D como el material de canal perfecto para escalado extremo de transistores, ya que solo se esperan pequeños efectos de canal corto en comparación con los dispositivos actuales basados ​​en Si. Ya se han publicado indicios de este potencial con transistores únicos construidos sobre escamas naturales de materiales 2-D.

Por primera vez, imec ha probado estos hallazgos teóricos a través de un conjunto completo de datos de transistores basados ​​en materiales 2-D. Los dispositivos con la huella más pequeña tienen una longitud de canal de 30 nm y Paso de contacto <50 nm. Se ha demostrado una corriente de encendido de hasta 250 µA / µm con dieléctrico de puerta de SiO2 de 50 nm. Con una corriente de ~ 100 µA / µm y un SSmin excelente de 80 mV / dec (para VD =50 mV) se ha demostrado con HfO2 de 4 nm en una configuración trasera. El rendimiento del dispositivo no se ve afectado por la escala de longitud de contacto, confirmando que los portadores se inyectan desde el borde del metal de contacto directamente en el canal, de acuerdo con las simulaciones TCAD. El trabajo confirma que los modelos TCAD capturan gran parte de la física del dispositivo y guían la validación experimental y el mapeo del espacio de la aplicación. Parte del trabajo que se presenta en IEDM, se dedica a establecer el camino para la optimización de dispositivos para alcanzar objetivos de rendimiento similares a los del Si.

"Aunque todavía está a un orden de magnitud de los transistores de Si, Hemos llevado nuestros dispositivos MOSFET a un ámbito en el que muestran un rendimiento prometedor para futuras aplicaciones de lógica y memoria. "dice Iuliana Radu, director de Computación Exploratoria y Cuántica imec. "Para salvar este orden de magnitud, hemos identificado un camino de mejoras sistemáticas, como una mayor reducción del espesor del óxido de la puerta, la implementación de una arquitectura de doble puerta, y una mayor reducción de los defectos de canal e interfaz. Estamos transfiriendo esta información a nuestra plataforma de obleas de 300 mm para transistores con materiales 2-D, que se anunció en el IEDM del año pasado ".

"Como centro de investigación e innovación líder en el mundo, El papel de imec es impulsar la escala de dispositivos hacia el límite máximo. Abordamos este desafío investigando diferentes opciones de escalado, proporcionando proyecciones óptimas, y orientar a la industria para que adopte las soluciones propuestas, dijo Luc Van den hove, CEO de imec. "Nuestros socios esperan que lideremos el camino y los ayudemos a realizar sus hojas de ruta al demostrar el potencial de conceptos innovadores y materiales novedosos. Por eso estoy tan emocionado de haber demostrado un excelente rendimiento en dispositivos ultraescalados con materiales 2-D , y un camino creíble hacia nuevas mejoras destinadas a la producción en masa en fábricas industriales de 300 mm ".