台积电和台湾科学家创造了带有原子缓冲层的MoS₂二维晶体管。

硅芯片尺寸的缩小接近物理极限，行业正在积极寻找替代半导体材料。二维晶体，如 MoS₂，由于其厚度为一到两个原子层（约 0.7 nm）以及在强缩放时潜在的更好通道可控性而引起了关注。

然而，MoS₂的实际应用面临着一个严重的障碍——无法形成优质的栅介电层。标准的原子层沉积（ALD）方法在几乎无化学反应的2D晶体表面上效果不佳，而使用高k材料，例如HfO₂，会导致电子散射和其迁移率下降。

新的技术方法

研究人员通过在MoS₂和栅介电层之间创建原子级薄的缓冲层来解决这个问题。在超高真空条件下，铝以约0.3 nm的厚度通过电子束蒸发法沉积在MoS₂表面。由于MoS₂的范德瓦尔斯特性，铝以Al(111)的取向生长，随后被控制性地氧化，形成均匀的Al₂O₃层。

获得的Al₂O₃层为后续高介电常数介电层HfO₂的ALD沉积提供了理想的基础。缓冲层同时为HfO₂的生长提供了光滑的表面，并将MoS₂通道与该材料的不良相互作用隔离开。

通过获得短沟道晶体管，成功将等效栅极厚度缩减至约1 nm，而不降低载流子的迁移率。这种组合导致了高电流转变陡度，这是能效逻辑元件的关键参数。

单层MoS₂仅比0.7 nm厚，显示出比硅更好的抗短沟道效应的能力，这使其成为进一步缩小逻辑节点尺寸的有吸引力的候选者。

目前的工作是一个技术原理，而不是硅CMOS的现成替代品。然而，它证实了二维电子学的主要障碍——在不降解原子通道的情况下创建超薄栅极——可以通过原子级缓冲界面来克服，而这已经成为未来晶体管不可或缺的一部分。

来源：3DNews