TSMC и тайваньские учёные создали 2‑D транзистор на MoS₂ с атомарным буфером
- TSMC спільно з тайванськими вченими створили 2‑D MoS₂ транзистор.
- Атомарний буфер з Al₂O₃ дозволяє нанести HfO₂ без дефектів.
- Еквівалентна товщина затвора досягла ~1 нм при високій рухливості.
- Технологія поки демонстраційна, але відкриває шлях до масштабування.
Скорочення розмірів кремнієвих мікросхем наближається до фізичних обмежень, і галузь все активніше шукає альтернативні напівпровідникові матеріали. Двомірні кристали, такі як MoS₂, привертають увагу завдяки своїй товщині в один-два атомних шари (близько 0,7 нм) і потенційно кращій керованості каналом при сильному масштабуванні.
Однак практичне впровадження MoS₂ стикається з серйозною перешкодою – неможливістю формування якісного затворного діелектрика. Стандартний метод атомного шарового осадження (ALD) погано укладається на майже безхімічну поверхню 2‑D кристала, а використання високо‑k матеріалів, наприклад HfO₂, призводить до розсіювання електронів і падіння їх рухливості.
Новий технологічний підхід
Дослідники вирішили проблему, створивши атомарно тонкий буферний шар між MoS₂ і затворним діелектриком. В ультра‑високому вакуумі на поверхню MoS₂ методом електронно‑променевого випаровування був нанесений алюміній товщиною приблизно 0,3 нм. Завдяки ван‑дер‑ваальсовій природі MoS₂ алюміній виріс в орієнтації Al(111), після чого його контрольовано окислили, отримавши однорідний шар Al₂O₃.
Отриманий Al₂O₃‑шар слугував ідеальною площадкою для подальшого ALD‑осадження діелектрика з високою діелектричною проникністю – HfO₂. Буфер одночасно забезпечував гладку поверхню для росту HfO₂ і ізолював канал MoS₂ від небажаного взаємодії з цим матеріалом.
В результаті отриманих транзисторів з коротким каналом вдалося скоротити еквівалентну товщину затвора до приблизно 1 нм, не погіршивши рухливість носіїв. Таке поєднання призвело до високої крутизни переходу струму, що є ключовим параметром для енерго‑ефективних логічних елементів.
Однослойний MoS₂, будучи лише 0,7 нм товщини, демонструє кращу стійкість до короткоканальних ефектів порівняно з кремнієм, що робить його привабливим кандидатом для подальшого зменшення розмірів логічних вузлів.
На даний момент робота є технологічним принципом, а не готовою заміною кремнієвому CMOS. Тим не менш, вона підтверджує, що основний бар'єр двовимірної електроніки – створення надтонкого затвора без деградації атомарного каналу – може бути подолано за рахунок атомарного буферного інтерфейсу, який вже стає невід'ємною частиною майбутніх транзисторів.
Джерело: 3DNews
