TSMC и тайваньские учёные создали 2‑D транзистор на MoS₂ с атомарным буфером
- TSMC совместно с тайваньскими учёными создали 2‑D MoS₂ транзистор.
- Атомарный буфер из Al₂O₃ позволяет нанести HfO₂ без дефектов.
- Эквивалентная толщина затвора достигла ~1 нм при высокой подвижности.
- Технология пока демонстрационная, но открывает путь к масштабированию.
Сокращение размеров кремниевых микросхем приближается к физическим ограничениям, и отрасль всё активнее ищет альтернативные полупроводниковые материалы. Двумерные кристаллы, такие как MoS₂, привлекают внимание благодаря своей толщине в один‑два атомных слоя (около 0,7 нм) и потенциально лучшей управляемости каналом при сильном масштабировании.
Однако практическое внедрение MoS₂ сталкивается с серьёзным препятствием – невозможностью формирования качественного затворного диэлектрика. Стандартный метод атомного слойного осаждения (ALD) плохо укладывается на почти бесхимическую поверхность 2‑D кристалла, а использование высоко‑k материалов, например HfO₂, приводит к рассеянию электронов и падению их подвижности.
Новый технологический подход
Исследователи решили проблему, создав атомарно тонкий буферный слой между MoS₂ и затворным диэлектриком. В ультра‑высоком вакууме на поверхность MoS₂ методом электронно‑лучевого испарения был нанесён алюминий толщиной примерно 0,3 нм. Благодаря ван‑дер‑ваальсовой природе MoS₂ алюминий вырос в ориентации Al(111), после чего его контролируемо окислили, получив однородный слой Al₂O₃.
Полученный Al₂O₃‑слой служил идеальной площадкой для последующего ALD‑осаждения диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью – HfO₂. Буфер одновременно обеспечивал гладкую поверхность для роста HfO₂ и изолировал канал MoS₂ от нежелательного взаимодействия с этим материалом.
В результате полученных транзисторов с коротким каналом удалось сократить эквивалентную толщину затвора до примерно 1 нм, не ухудшив подвижность носителей. Такое сочетание привело к высокой крутизне перехода тока, что является ключевым параметром для энерго‑эффективных логических элементов.
Однослойный MoS₂, будучи лишь 0,7 нм толще, демонстрирует лучшую стойкость к короткоканальным эффектам по сравнению с кремнием, что делает его привлекательным кандидатом для дальнейшего уменьшения размеров логических узлов.
На данный момент работа представляет собой технологический принцип, а не готовую замену кремниевому CMOS. Тем не менее она подтверждает, что основной барьер двумерной электроники – создание сверхтонкого затвора без деградации атомарного канала – может быть преодолен за счёт атомарного буферного интерфейса, который уже становится неотъемлемой частью будущих транзисторов.
Источник: 3DNews
