Fremstilling af materialer, der hjælper med at bryde elektronikskaleringsgrænsen

Ph.D. kandidat Saravana Balaji Basuvalingam ved TU/e ​​Institut for Anvendt Fysik har udviklet en ny tilgang til vækst, på en kontrolleret og effektiv måde, et bibliotek af såkaldte "TMC-materialer" med forskellige egenskaber ved lave temperaturer. Dette bringer verden et skridt tættere på at bevæge sig ud over siliciumbaserede halvlederenheder.

Efterhånden som mængden af ​​data produceret af menneskeheden vokser eksponentielt, med det kommer efterspørgslen efter mindre, hurtigere og billigere elektroniske enheder til at behandle disse data. For at imødekomme denne efterspørgsel, halvlederindustrien søger konstant efter måder at skalere enheder på under 3 nm. Denne skala er en vigtig barriere for industrien, fordi det er tæt på grænserne for, hvad der kan gøres med silicium (Si), det mest almindeligt anvendte materiale til elektriske kredsløb. Under den skala, siliciumbaserede enheder lider ofte af dårlig ydeevne.

Visse 2-D materialer, hvoraf grafen kan være det mest kendte eksempel, give løfte om at løse dette skaleringsproblem. Karakteristisk for disse materialer er, at hvert lag af atomer er fritstående på laget af atomer nedenfor, uden nogen bindinger, der forbinder lagene. 2-D-materialerne, der er klassificeret som overgangsmetalchalcogenider (TMC'er) har fået opmærksomhed for deres fremragende elektriske egenskaber og tykkelse på mindre end 1 nm, muliggør enhedsydelser svarende til Si-baserede enheder og et stort potentiale for skalering.

Imidlertid, adskillige syntesebegrænsninger begrænser implementeringen af ​​TMC'er i industrien på en omkostningseffektiv måde. Basuvalingams forskning havde til formål at løse de fleste af disse tekniske begrænsninger, såsom at dyrke TMC'erne i et stort nok område, ved lav temperatur og med god materialeegenskabskontrol. For at gøre det, han brugte en tyndfilmstilgang kendt som atomlagaflejringsmetoden (ALD). ALD er en af ​​de fremtrædende metoder til at lette reduktionen af ​​enhedsdimensioner i halvlederindustrien, og metoden var allerede blevet undersøgt for TMC'er, som udviser halvledende egenskaber.

Basuvalingam var den første til at studere ALD til at dyrke 2-D TMC'er med både halvledende og metalliske egenskaber i et stort område ved lave temperaturer, og den første til at opnå kontrol over TMC-materialesammensætning ved hjælp af tyndfilmsyntese. Hans tilgang gjorde det også muligt at dyrke TMC'er i en 200 mm wafer og at opnå kontrol over materialeegenskaberne mellem metallisk og halvledende.

Hans arbejde udvider biblioteket af materialer, der kan dyrkes ved hjælp af en tyndfilmsmetode og hjælper os med at komme et skridt tættere på mindre, mere omkostningseffektive elektroniske enheder lavet af 2-D materialer.