Topologiska halvmetalliska elektriska kontakter kan avsevärt minska kontaktmotståndet och förbättra energieffektiviteten för 2D halvledartransistor Krediter:SUTD
Drivs av konsumentmarknadens ständigt ökande önskemål om mindre, lättare och smartare enheter, storleken på konsumentelektronik som smartphones, surfplattor och bärbara datorer, har ständigt krympt samtidigt som de blivit kraftfullare när det gäller prestanda genom åren.
Gör dessa enheter mindre, dock, kommer till ett pris. På grund av dominansen av bisarra kvanteffekter i ultrakompakta halvledarchips, fälteffekttransistorer (FET)-elektriska switchar som utgör ryggraden i datorprocessorer och minneschips-slutar bete sig på ett kontrollerbart sätt. Sofistikerade enhetsarkitekturer, som FinFET och Gate-All-Around FET, måste användas för att fortsätta skala ner storleken på elektroniska enheter.
Tvådimensionella (2-D) halvledare har hyllats som ett nytt alternativ för nästa generations ultrakompakta datalektronik. Eftersom deras ultratunna kropp vanligtvis bara är några få atomer tjocka, elektriska omkopplingsoperationer kan kontrolleras effektivt utan att involvera sofistikerade enhetsarkitekturer när det görs till en FET.
2016, World Economic Forum har utsett 2-D-material till en av de 10 framväxande teknikerna för framtida elektronik. Åter 2018, grafen-ett 2-D-material med exceptionella egenskaper-har framhållits i World Economic Forum som ett av de viktigaste plasmoniska materialen för revolutionerande sensorteknik.
När du gör en transistor, 2-D-halvledaren måste kontaktas elektriskt av två metaller som kallas källa och avlopp. Sådana processer, dock, skapar ett oönskat stort elektrisk motstånd, allmänt känd som kontaktmotstånd, vid källan och töm komponenterna. Stort kontaktmotstånd kan försämra transistorprestandan och generera betydande mängd värme i enheten.
Dessa negativa effekter kan allvarligt begränsa potentialen för 2-D-material i halvledarindustrin. Sökandet efter en metall som inte ger ett stort kontaktmotstånd när den är bunden till 2-D-halvledare är fortfarande en pågående strävan hittills.
Rapporterar in Fysisk granskning tillämpad , ett forskargrupp som leds av Singapore University of Technology and Design (SUTD) har upptäckt en ny strategi för att lösa kontaktmotståndsproblemet i 2-D halvledare. Genom att utföra en toppmodern densitetsfunktionell teori (DFT) beräkningssimulering, SUTD -forskargruppen upptäckte att en ultratunn film av Na 3 Bi-en nyligen upptäckt topologisk halvmetall vars ledande natur skyddas av sin kristallsymmetri-med bara två atomskikt kan användas som en metallkontakt för 2-D halvledare med ultralåg kontaktresistens.
"Vi fann att Schottky -barriärhöjden bildades mellan Na 3 Bi och 2-D halvledare är en av de lägsta bland många metaller som vanligtvis används av industrin, "sade Dr Yee Sin Ang en av de ledande forskarna i SUTD -forskargruppen.
Enkelt uttryckt, Schottky -barriären är ett tunt isoleringsskikt som bildas mellan metall och halvledare. Höjden på Schottky -barriären påverkar avgörande kontaktmotståndet. En liten Schottky -barriärhöjd är önskvärd för att uppnå lågt kontaktmotstånd.
Upptäckten att Schottky -barriären bildades mellan Na 3 Bi och två vanligt studerade 2-D halvledare, MoS 2 och WS 2 , är väsentligt lägre än många vanliga metaller, som guld, koppar och palladium, avslöjar styrkan hos topologiska halvmetall tunna filmer för att designa energieffektiva 2-D halvledarenheter med minimalt kontaktmotstånd.
"Viktigt, fann vi att när 2-D halvledare kontaktas av Na 3 B, de inneboende elektroniska egenskaperna hos 2-D-halvledaren behålls, "sade Dr Liemao Cao, DFT -experten från SUTD -forskargruppen.
2-D halvledare kan "smälta" tillsammans med en kontaktande metall och bli metalliserade. Metalliserade 2-D-halvledare förlorar sina ursprungliga elektriska egenskaper som är välbehövliga för elektronik- och optoelektronikapplikationer. Forskargruppen fann att Na 3 Bi tunn film metalliserar inte 2-D halvledare. Användning av Na 3 Bi tunn film som en metallkontakt till 2-D halvledare kan således vara mycket fördelaktigt för apparapplikationer, såsom fotodetektorer, solceller, och transistorer.
"Vårt banbrytande koncept som samverkar 2-D-material och topologiska material kommer att erbjuda en ny väg mot design av energieffektiva elektroniska enheter, vilket är särskilt viktigt för att minska energifotavtrycket från avancerade datorsystem, såsom internet-of-things och artificiell intelligens, "kommenterade professor Ricky L. K. Ang, forskargruppens huvudutredare, and the Head of the Science, Math and Technology cluster in SUTD.
