TSMC et des scientifiques taïwanais ont créé un transistor 2-D en MoS₂ avec un tampon atomique
- TSMC, en collaboration avec des scientifiques taïwanais, a créé un transistor 2-D MoS₂.
- Le tampon atomique en Al₂O₃ permet d'appliquer du HfO₂ sans défauts.
- L'épaisseur de grille équivalente a atteint ~1 nm avec une mobilité élevée.
- La technologie est encore à un stade de démonstration, mais ouvre la voie au dimensionnement.
La réduction des tailles des circuits intégrés en silicium approche des limites physiques, et l'industrie recherche de plus en plus des matériaux semi-conducteurs alternatifs. Les cristaux bidimensionnels, tels que le MoS₂, attirent l'attention en raison de leur épaisseur d'un à deux couches atomiques (environ 0,7 nm) et d'une gestion potentiellement meilleure du canal lors d'un fort dimensionnement.
Cependant, la mise en œuvre pratique de MoS₂ est confrontée à un obstacle sérieux : l'impossibilité de former un diélectrique de grille de qualité. La méthode standard de dépôt en couches atomiques (ALD) ne s'adapte pas bien à la surface presque non chimique du cristal 2D, et l'utilisation de matériaux à haute permittivité, comme HfO₂, entraîne une diffusion des électrons et une chute de leur mobilité.
Nouvelle approche technologique
Les chercheurs ont résolu le problème en créant une couche tampon atomiquement fine entre MoS₂ et le diélectrique de grille. Dans un ultra-haut vide, de l'aluminium d'environ 0,3 nm d'épaisseur a été déposé sur la surface de MoS₂ par évaporation par faisceau d'électrons. Grâce à la nature van der Waals de MoS₂, l'aluminium a poussé dans l'orientation Al(111), après quoi il a été oxydé de manière contrôlée, obtenant une couche homogène d'Al₂O₃.
La couche d'Al₂O₃ obtenue a servi de plateforme idéale pour le dépôt ultérieur de diélectrique à haute permittivité – HfO₂. Le tampon assurait simultanément une surface lisse pour la croissance de HfO₂ et isolait le canal MoS₂ de l'interaction indésirable avec ce matériau.
Grâce aux transistors à canal court obtenus, il a été possible de réduire l'épaisseur équivalente de la grille à environ 1 nm, sans dégrader la mobilité des porteurs. Cette combinaison a conduit à une forte raideur de la transition de courant, ce qui est un paramètre clé pour des éléments logiques écoénergétiques.
Le MoS₂ monocouche, étant seulement 0,7 nm plus épais, montre une meilleure résistance aux effets de canal court par rapport au silicium, ce qui en fait un candidat attrayant pour une réduction supplémentaire des tailles des nœuds logiques.
À l'heure actuelle, le travail représente un principe technologique, et non un remplacement prêt du CMOS en silicium. Néanmoins, il confirme que la principale barrière de l'électronique bidimensionnelle – la création d'une grille ultrafine sans dégradation du canal atomique – peut être surmontée grâce à une interface tampon atomique, qui devient déjà une partie intégrante des futurs transistors.
Source : 3DNews
