Los contactos eléctricos semimetálicos topológicos pueden reducir significativamente la resistencia de contacto y mejorar la eficiencia energética del transistor semiconductor 2D Crédito:SUTD
Impulsado por los deseos cada vez mayores del mercado de consumo de productos más pequeños, dispositivos más ligeros e inteligentes, el tamaño de la electrónica de consumo, como los teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles, se han reducido continuamente y se han vuelto más poderosos en términos de rendimiento a lo largo de los años.
Haciendo estos dispositivos más pequeños, sin embargo, tiene un precio. Debido al dominio de extraños efectos cuánticos en chips semiconductores ultracompactos, Los transistores de efecto de campo (FET) —interruptores eléctricos que forman la columna vertebral de los procesadores de computadora y los chips de memoria— dejan de comportarse de manera controlable. Arquitecturas de dispositivos sofisticadas, como FinFET y Gate-All-Around FET, deben emplearse para seguir reduciendo el tamaño de los dispositivos electrónicos.
Los semiconductores bidimensionales (2-D) han sido aclamados como una nueva opción para la electrónica de computación ultracompacta de próxima generación. Como su cuerpo ultradelgado suele tener solo unos pocos átomos de espesor, Las operaciones de conmutación eléctrica se pueden controlar de manera eficiente sin involucrar arquitecturas de dispositivos sofisticadas cuando se convierte en un FET.
En 2016, el Foro Económico Mundial ha nombrado al material 2-D como una de las 10 principales tecnologías emergentes para la electrónica del futuro. De nuevo en 2018, El grafeno, un material 2-D con propiedades excepcionales, ha sido destacado en el Foro Económico Mundial como uno de los materiales plasmónicos clave para revolucionar la tecnología de sensores.
Al hacer un transistor, El semiconductor 2-D necesita ser contactado eléctricamente por dos piezas de metales conocidas como fuente y drenaje. Tales procesos, sin embargo, crea una resistencia eléctrica indeseablemente grande, comúnmente conocido como resistencia de contacto, en la fuente y drene los componentes. Una gran resistencia de contacto puede degradar negativamente el rendimiento del transistor y generar una cantidad sustancial de calor en el dispositivo.
Estos efectos adversos pueden limitar gravemente el potencial de los materiales 2-D en la industria de los semiconductores. La búsqueda de un metal que no produzca una gran resistencia de contacto cuando se une a semiconductores 2-D sigue siendo una búsqueda en curso hasta ahora.
Reportando en Revisión física aplicada , un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) ha descubierto una nueva estrategia para resolver el problema de la resistencia de contacto en semiconductores 2-D. Al realizar una simulación computacional de la teoría funcional de la densidad (DFT) de última generación, El equipo de investigación del SUTD descubrió que una película ultrafina de Na 3 Bi, un semimetal topológico recientemente descubierto cuya naturaleza conductora está protegida por su simetría cristalina, con solo dos capas atómicas se puede utilizar como contacto metálico para semiconductores 2-D con resistencia de contacto ultrabaja.
"Descubrimos que la altura de la barrera de Schottky se formó entre Na 3 El semiconductor bi y 2-D es uno de los más bajos entre muchos metales comúnmente utilizados por la industria, ", dijo el Dr. Yee Sin Ang, uno de los científicos principales del equipo de investigación del SUTD.
Simplemente pon, la barrera de Schottky es una fina capa aislante formada entre el metal y el semiconductor. La altura de la barrera Schottky influye de manera crucial en la resistencia de contacto. Es deseable una pequeña altura de barrera Schottky para lograr una baja resistencia al contacto.
El descubrimiento de que la barrera de Schottky se formó entre Na 3 Bi y dos semiconductores 2-D comúnmente estudiados, MoS 2 y WS 2 , es sustancialmente más bajo que muchos metales de uso común, como el oro, cobre y paladio, revela la resistencia de las películas delgadas semimetálicas topológicas para diseñar dispositivos semiconductores 2-D energéticamente eficientes con una mínima resistencia de contacto.
"En tono rimbombante, encontramos que cuando los semiconductores 2-D son contactados por Na 3 B, se conservan las propiedades electrónicas intrínsecas del semiconductor 2-D, "dijo el Dr. Liemao Cao, el experto en DFT del equipo de investigación SUTD.
Los semiconductores 2-D pueden 'fusionarse' junto con un metal en contacto y metalizarse. Los semiconductores 2-D metalizados pierden sus propiedades eléctricas originales que son muy necesarias para las aplicaciones de electrónica y optoelectrónica. El equipo de investigación encontró que Na 3 La película bi-fina no metaliza los semiconductores 2-D. Usando Na 3 La película bi-fina como contacto metálico con semiconductores 2-D puede ser, por tanto, muy beneficiosa para aplicaciones de dispositivos, como fotodetectores, células solares, y transistores.
"Nuestro concepto pionero que combina materiales 2-D y materiales topológicos ofrecerá una nueva ruta hacia el diseño de dispositivos electrónicos energéticamente eficientes, que es particularmente importante para reducir la huella energética de los sistemas informáticos avanzados, como Internet de las cosas e inteligencia artificial, "comentó el profesor Ricky L. K. Ang, el investigador principal del equipo de investigación, y el Jefe de la Ciencia, Clúster de Matemáticas y Tecnología en SUTD.
