Блог

Aug 01, 2023

п

Аннотация Высокопроизводительные двумерные (2D) транзисторы p-типа имеют основополагающее значение для 2D-наноэлектроники. Однако отсутствие надежного метода создания высококачественных крупномасштабных 2D-изображений p-типа

Абстрактный

Высокопроизводительные двумерные (2D) транзисторы p-типа имеют основополагающее значение для 2D-наноэлектроники. Однако отсутствие надежного метода создания высококачественных крупномасштабных 2D-полупроводников p-типа и подходящего процесса металлизации представляет собой важные проблемы, которые необходимо решить для будущего развития этой области. Здесь мы сообщаем об изготовлении масштабируемых двумерных монокристаллических матриц 2H-MoTe2 p-типа с полуметаллическими контактными электродами с 1T'-фазой, настроенными на уровне Ферми. Преобразуя поликристаллический 1T'-MoTe2 в полиморф 2H посредством аномального роста зерен, мы изготовили 4-дюймовые пластины 2H-MoTe2 со сверхбольшими монокристаллическими доменами и пространственно-контролируемыми монокристаллическими массивами при низкой температуре (~ 500 °C). . Кроме того, мы демонстрируем встроенные транзисторы с помощью литографического рисунка и послойной интеграции полуметаллов 1T' и полупроводников 2H. Модуляция работы выхода электродов 1T'-MoTe2 была достигнута путем нанесения трехмерных металлических (Au) площадок, что привело к минимальному контактному сопротивлению (~ 0,7 кОм·мкм) и почти нулевой высоте барьера Шоттки (~ 14 мэВ) на границе раздела перехода, и что приводит к высокому току открытого состояния (~ 7,8 мкА/мкм) и коэффициенту тока включения/выключения (~ 105) в транзисторах 2H-MoTe2.

Исследовательская группа во главе с профессором Сун-Ён Квоном из факультета материаловедения и инженерии и Высшей школы полупроводниковых материалов и технологий при Университете НИСТ достигла значительного прорыва в производстве высокопроизводительных полупроводниковых приборов p-типа с использованием молибденового теллура. сложные полупроводники (MoTe2). Эта новаторская технология имеет большие перспективы для применения в индустрии комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП) нового поколения, где сверхтонкая технология имеет решающее значение.

КМОП-устройства основаны на комплементарном соединении полупроводников p- и n-типа. Известные своим низким энергопотреблением, устройства CMOS широко используются в повседневных электронных устройствах, таких как ПК и смартфоны. Несмотря на преобладание КМОП на основе кремния, растет интерес к двумерным материалам как потенциальным кандидатам на роль будущих полупроводников из-за их тонкой структуры. Однако в процессе производства при формировании трехмерных металлических электродов на этих материалах возникают проблемы, приводящие к различным дефектам на границе раздела.

В этом исследовательском проекте, возглавляемом командой профессора Квона совместно с командой профессора Ли Чон Хуна, они сосредоточились на разработке высокопроизводительных полупроводниковых устройств p-типа с использованием соединения MoTe2, известного своими уникальными свойствами. Используя метод химического осаждения из паровой фазы (CVD), который позволяет формировать тонкие пленки посредством химических реакций, они успешно синтезировали 4-дюймовые пластины MoTe2 большой площади и высокой чистоты.

Ключевое нововведение заключается в управлении работой выхода путем нанесения трехмерного металла на двумерный полуметалл, эффективно модулирующего барьерные слои, которые предотвращают проникновение носителей заряда. Более того, этот подход использует трехмерные металлы, выступающие в качестве защитных пленок для двумерных металлов, что приводит к повышению производительности и позволяет реализовать устройства на основе транзисторных матриц.

«Значение нашего исследования выходит за рамки MoTe2», — объяснил Сора Джанг (комбинированная программа магистратуры и докторантуры в области материаловедения и инженерии, UNIST). «Разработанный метод изготовления устройства может быть применен к различным двумерным материалам, что открывает двери для дальнейшего прогресса в этой области».

Это исследование было проведено совместно профессором Сун-Ён Квоном (соавтор-корреспондент), профессором Зонгуном Ли (соавтор-корреспондент) с факультета материаловедения UNIST, доктором Сынгуком Сонгом (соавтор) из Университет Пенсильвании, доктор Арам Юн (соавтор) и Сора Джанг (соавтор).

Результаты этого новаторского исследования были опубликованы перед их официальной публикацией в онлайн-версии Nature Communications 7 августа 2023 года. Это исследование было поддержано исследовательскими фондами 2020 года UNIST, Институтом фундаментальных наук и Национальным исследовательским фондом ( NRF) Кореи, финансируемый Министерством науки ИКТ (MSIT).