Banebrydende teknologi uden for silicium via restfrie felteffekttransistorer

En revolution inden for teknologi er i horisonten, og den er klar til at ændre de enheder, vi bruger. Under ledelse af professor Lee Young Hee har et team af forskere fra Center for Integrated Nanostructure Physics inden for Institute for Basic Science (IBS), Sydkorea, afsløret en ny opdagelse, der i høj grad kan forbedre fremstillingen af ​​felteffekttransistorer ( FET).

Deres forskning er publiceret i Nature Nanotechnology .

En højtydende felteffekttransistor (FET) er en essentiel byggesten til næste generations ud over siliciumbaserede halvlederteknologier. Den nuværende 3-dimensionelle siliciumteknologi lider under forringelse af FET-ydelser, når enheden miniaturiseres forbi sub-3 nm skalaer.

For at overvinde denne grænse har forskere studeret et-atom tykke (~ 0,7 nm) todimensionelle (2D) overgangsmetal-dichalcogenider (TMD'er) som en ideel FET-platform i løbet af det sidste årti. Ikke desto mindre er deres praktiske anvendelser begrænset på grund af manglende evne til at demonstrere integration på wafer-skalaen.

Et stort problem er de rester, der opstår under fremstillingen. Traditionelt bruges polymethylmethacrylat (PMMA) som en understøttende holder til enhedsoverførsel. Dette materiale er berygtet for at efterlade isolerende rester på TMD-overflader, som ofte genererer mekanisk skade på det skrøbelige TMD-ark under overførsel.

Som et alternativ til PMMA, flere andre polymerer såsom polydimethylsiloxan (PDMS), polyvinylalkohol (PVA), polystyren (PS), polycarbonat (PC), ethylenvinylacetat (EVA), polyvinylpyrrolidon (PVP) og organiske molekyler inklusive paraffin, cellulose acetat, naphthalen er alle blevet foreslået som en bærende holder. Ikke desto mindre introduceres rester og mekaniske skader uundgåeligt under overførsel, hvilket fører til forringelse af FET-ydeevnen.

IBS-forskerne behandlede dette problem og har lavet et spændende gennembrud ved med succes at udnytte polypropylencarbonat (PPC) til restfri våd overførsel. Brug af PPC eliminerede ikke kun rester, men gjorde det også muligt for produktion af wafer-skala TMD ved hjælp af kemisk dampaflejring. Tidligere forsøg på at fremstille store TMD'er resulterede ofte i rynker, som opstår under overførselsprocessen. Den svage bindingsaffinitet mellem PPC og TMD eliminerede ikke kun rester, men også rynker.

Ashok Mondal, den første forfatter til undersøgelsen sagde, "Den PPC-overførselsmetode, vi valgte, gør os i stand til at fremstille TMD'er i centimeter-skala. Tidligere var TMD begrænset til at blive produceret ved hjælp af en stemplingsmetode, som genererer flager, der kun er 30- 40 μm i størrelse."

Forskerne byggede en FET-enhed ved hjælp af en semimetal Bi-kontaktelektrode med et monolag af MoS₂ , som blev overført ved PPC-metoden. Mindre end 0,08 % af PPC-resten blev fundet at forblive på MoS₂ lag. Takket være manglen på grænsefladerester blev enheden fundet at have en ohmsk kontaktmodstand på R_C ~78 Ω-µm, hvilket er tæt på kvantegrænsen. En ultrahøj strøm til/fra-forhold på ~10 ¹¹ ved 15 K og en høj tændstrøm på ~1,4 mA/µm blev også opnået ved brug af h-BN-substratet.

Dette fund var det første i verden, der demonstrerede wafer-skala produktion og overførsel af CVD-dyrket TMD. Den avancerede FET-enhed fremstillet på denne måde viste sig at have elektriske egenskaber, der langt overstiger tidligere rapporterede værdier. Det menes, at denne teknologi let kan implementeres ved hjælp af den aktuelt tilgængelige teknologi til fremstilling af integrerede kredsløb.

Dr. Chandan Biswas, den medkorresponderende forfatter til undersøgelsen sagde:"Det er håbet, at vores succes med den restfrie PPC-overførselsteknik vil tilskynde andre forskere til at udvikle yderligere forbedringer i forskellige TMD-enheder i fremtiden."

Flere oplysninger: Ashok Mondal et al., Lav ohmsk kontaktmodstand og højt tænd/sluk-forhold i overgangsmetal dichalcogenides felteffekttransistorer via restfri overførsel, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01497-x. www.nature.com/articles/s41565-023-01497-x

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi

Leveret af Institute for Basic Science