TSMC y científicos taiwaneses crean un transistor 2-D en MoS₂ con un búfer atómico

La reducción del tamaño de los circuitos integrados de silicio se acerca a las limitaciones físicas, y la industria busca cada vez más materiales semiconductores alternativos. Los cristales bidimensionales, como el MoS₂, atraen atención debido a su grosor de uno a dos capas atómicas (alrededor de 0,7 nm) y su potencialmente mejor control del canal en escalas grandes.

Sin embargo, la implementación práctica de MoS₂ se enfrenta a un serio obstáculo: la imposibilidad de formar un dieléctrico de puerta de calidad. El método estándar de deposición en capas atómicas (ALD) no se adhiere bien a la superficie casi química del cristal 2-D, y el uso de materiales de alta k, como HfO₂, conduce a la dispersión de electrones y a la caída de su movilidad.

Nuevo enfoque tecnológico

Los investigadores resolvieron el problema creando una capa de buffer atómicamente delgada entre MoS₂ y el dieléctrico de puerta. En un ultra alto vacío, se depositó aluminio de aproximadamente 0,3 nm sobre la superficie de MoS₂ mediante evaporación por haz electrónico. Gracias a la naturaleza de van der Waals de MoS₂, el aluminio creció en la orientación Al(111), después de lo cual se oxidó de manera controlada, obteniendo una capa homogénea de Al₂O₃.

La capa de Al₂O₃ obtenida sirvió como una plataforma ideal para la posterior deposición de dieléctrico de alta permitividad – HfO₂, mediante ALD. El buffer proporcionó simultáneamente una superficie lisa para el crecimiento de HfO₂ y aisló el canal de MoS₂ de interacciones no deseadas con este material.

Como resultado de los transistores de canal corto obtenidos, se logró reducir el grosor equivalente de la puerta a aproximadamente 1 nm, sin deteriorar la movilidad de los portadores. Esta combinación llevó a una alta pendiente de la transición de corriente, que es un parámetro clave para elementos lógicos energéticamente eficientes.

El MoS₂ monolayer, siendo solo 0,7 nm más grueso, demuestra una mejor resistencia a los efectos de canal corto en comparación con el silicio, lo que lo convierte en un candidato atractivo para la reducción adicional del tamaño de los nodos lógicos.

Hasta el momento, el trabajo representa un principio tecnológico, y no un reemplazo listo para el CMOS de silicio. Sin embargo, confirma que la principal barrera de la electrónica bidimensional - la creación de una puerta ultradelgada sin degradación del canal atómico - puede ser superada mediante una interfaz de búfer atómico, que ya se está convirtiendo en una parte integral de los futuros transistores.

Fuente: 3DNews