A TSMC e cientistas taiwaneses criaram um transistor 2-D em MoS₂ com um buffer atômico
- A TSMC, em parceria com cientistas taiwaneses, criou um transistor 2-D de MoS₂.
- O buffer atômico de Al₂O₃ permite a deposição de HfO₂ sem defeitos.
- A espessura de porta equivalente atingiu ~1 nm com alta mobilidade.
- A tecnologia ainda é demonstrativa, mas abre caminho para a escalabilidade.
A redução do tamanho dos circuitos integrados de silício está se aproximando de limitações físicas, e a indústria está cada vez mais em busca de materiais semicondutores alternativos. Cristais bidimensionais, como o MoS₂, atraem atenção devido à sua espessura de um a dois camadas atômicas (cerca de 0,7 nm) e potencialmente melhor controle do canal em forte escalabilidade.
No entanto, a implementação prática do MoS₂ enfrenta um sério obstáculo – a impossibilidade de formar um dielétrico de porta de qualidade. O método padrão de deposição de camada atômica (ALD) não se adapta bem à superfície quase quimicamente inerte do cristal 2-D, e o uso de materiais de alta constante dielétrica, como HfO₂, resulta na dispersão de elétrons e na queda de sua mobilidade.
Nova abordagem tecnológica
Os pesquisadores resolveram o problema criando uma camada de buffer atômica entre o MoS₂ e o dielétrico de porta. Em ultra-alto vácuo, uma camada de alumínio com espessura de aproximadamente 0,3 nm foi depositada na superfície do MoS₂ por meio de evaporação por feixe de elétrons. Devido à natureza de van der Waals do MoS₂, o alumínio cresceu na orientação Al(111), após o que foi oxidado de forma controlada, resultando em uma camada homogênea de Al₂O₃.
A camada de Al₂O₃ obtida serviu como uma plataforma ideal para a subsequente deposição ALD de dielétrico de alta constante dielétrica – HfO₂. O buffer ao mesmo tempo proporcionou uma superfície lisa para o crescimento de HfO₂ e isolou o canal de MoS₂ de interações indesejadas com esse material.
Como resultado dos transistores de canal curto, foi possível reduzir a espessura equivalente do gate para cerca de 1 nm, sem prejudicar a mobilidade dos portadores. Essa combinação levou a uma alta inclinação da transição de corrente, que é um parâmetro chave para elementos lógicos energeticamente eficientes.
O MoS₂ monolayer, sendo apenas 0,7 nm mais espesso, demonstra melhor resistência aos efeitos de canal curto em comparação com o silício, tornando-se um candidato atraente para a redução adicional do tamanho dos nós lógicos.
Até o momento, o trabalho representa um princípio tecnológico, e não uma substituição pronta para o CMOS de silício. No entanto, ele confirma que a principal barreira da eletrônica bidimensional – a criação de um gate ultrafino sem degradação do canal atômico – pode ser superada por meio de uma interface de buffer atômica, que já está se tornando uma parte integrante dos futuros transistores.
Fonte: 3DNews
