Los transistores de película delgada (TFT) basados ​​en semiconductores de óxido amorfo (AOS) han atraído considerable atención para aplicaciones en dispositivos de almacenamiento de próxima generación, como la memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) sin capacitores y las tecnologías DRAM de alta densidad. Estos dispositivos de almacenamiento emplean arquitecturas complejas con TFT apilados verticalmente para lograr altas densidades de almacenamiento.

A pesar de su potencial, los AOS TFT sufren problemas de contacto entre los AOS y los electrodos, lo que genera una resistencia de contacto excesivamente alta, lo que degrada la movilidad del portador de carga y aumenta el consumo de energía. Además, las arquitecturas apiladas verticalmente exacerban aún más estos problemas.

Se han propuesto muchos métodos para abordar estos problemas, incluida la deposición de una capa intermedia de óxido altamente conductora entre los contactos, la formación de vacantes de oxígeno en la superficie de contacto del AOS y el tratamiento de la superficie con plasma. El hidrógeno desempeña un papel clave en estos métodos, ya que, cuando se disocia en hidrógeno atómico y se inyecta en el área de contacto del electrodo AOS, genera portadores de carga, reduciendo así la resistencia de contacto.

Sin embargo, estos métodos consumen mucha energía o requieren múltiples pasos y, si bien abordan eficazmente la alta resistencia de contacto de la superficie superior expuesta de los semiconductores, no son prácticos para contactos enterrados dentro de las complejas arquitecturas a nanoescala de los dispositivos de almacenamiento.

Para abordar este problema, un equipo de investigadores (el profesor asistente Masatake Tsuji, el estudiante de doctorado Yuhao Shi y el profesor honorario Hideo Hosono) del Centro de Investigación MDX para la Estrategia de Elementos de la Iniciativa Internacional de Fronteras de Investigación del Instituto de Tecnología de Tokio ha desarrollado una nueva método de inyección de hidrógeno. Sus hallazgos fueron publicados en línea en la revista ACS Nano. el 22 de marzo de 2024.

En este método innovador, se utiliza un electrodo compuesto de un metal adecuado, que puede catalizar la disociación del hidrógeno a bajas temperaturas, para transportar el hidrógeno atómico a la interfaz AOS-electrodo, lo que da como resultado una capa de óxido altamente conductora. Por lo tanto, elegir el material de electrodo adecuado es clave para implementar esta estrategia.

El Dr. Tsuji explica:"Este método requiere un metal que tenga una alta velocidad de difusión de hidrógeno y solubilidad en hidrógeno para acortar los tiempos de postratamiento y reducir las temperaturas de procesamiento. En este estudio, utilizamos paladio (Pd), ya que cumple la doble función de catalizar disociación y transporte de hidrógeno, lo que lo convierte en el material más adecuado para la inyección de hidrógeno en AOS TFT a bajas temperaturas, incluso en contactos internos profundos."

Para demostrar la eficacia de este método, el equipo fabricó TFT amorfos de óxido de indio y galio (a-IGZO) con electrodos de película fina de Pd como vías de transporte de hidrógeno. Los TFT se trataron térmicamente en una atmósfera de hidrógeno al 5 % a una temperatura de 150 °C durante 10 minutos. Esto resultó en el transporte de hidrógeno atómico por Pd a la interfaz a-IGZO-Pd, lo que desencadenó una reacción entre oxígeno e hidrógeno, formando una capa interfacial altamente conductora.

Las pruebas revelaron que, debido a la capa conductora, la resistencia de contacto de los TFT se redujo en dos órdenes de magnitud. Además, la movilidad del portador de carga aumentó de 3,2 cm ² V ^–1 s ^–1 a casi 20 cm ² V ^–1 s ^–1 , lo que supone una mejora sustancial.

"Nuestro método permite que el hidrógeno alcance rápidamente la interfaz óxido-Pd incluso en el interior del dispositivo, hasta una profundidad de 100 μm. Esto lo hace muy adecuado para abordar los problemas de contacto de los dispositivos de almacenamiento basados ​​en AOS", comenta el Dr. Tsuji. Además, este método preservó la estabilidad de los TFT, lo que no sugiere efectos secundarios debido a la difusión de hidrógeno en los electrodos.

Al enfatizar el potencial del estudio, el Dr. Tsuji concluye:"Este enfoque está diseñado específicamente para arquitecturas de dispositivos complejas, lo que representa una solución valiosa para la aplicación de AOS en pantallas y dispositivos de memoria de próxima generación". IGZO-TFT es ahora un estándar de facto para controlar los píxeles de las pantallas planas. La tecnología actual propondrá su aplicación a la memoria.