TSMC приблизила 2D-транзисторы к производству

2D-полупроводники давно рассматривают как кандидатов для транзисторов следующих поколений, но на практике им мешает одна и та же проблема: при нанесении изолятора характеристики материала заметно ухудшаются. Исследователи из NYCU и TSMC сообщили о способе обойти это ограничение с помощью сверхтонкого атомного буфера.

В чем была проблема

В работе использовался монослой дисульфида молибдена MoS₂ толщиной 0,7 нм. Для таких 2D-материалов стандартное осаждение затворного диэлектрика оказывается слишком грубым: на поверхности появляются дефекты, а движение электронов ухудшается из-за дополнительного рассеяния.

Именно это мешает совместить два критичных требования:

• •сделать очень тонкий изолятор для короткого канала
• •не разрушить проводящий канал самого 2D-материала

Как устроен атомный буфер

Команда сформировала на поверхности MoS₂ промежуточный эпитаксиальный слой алюминия. После окисления он превратился в прослойку оксида алюминия толщиной 0,42 нм, а уже поверх нее был нанесен основной изолятор из оксида гафния.

По сути, этот слой работает как атомный буфер между MoS₂ и затворным диэлектриком:

• •выравнивает рост верхнего диэлектрика
• •снижает вероятность повреждения поверхности
• •защищает проводящий канал от деградации

Что получилось

С использованием этого подхода исследователи изготовили короткоканальные транзисторы на CVD-монослое MoS₂. Для них удалось получить эквивалентную толщину оксида около 1 нм и крутизну характеристики 0,45 мСм/мкм.