En revolution inom tekniken är på väg, och den är redo att förändra de enheter vi använder. Under ledning av professor Lee Young Hee, har ett team av forskare från Center for Integrated Nanostructure Physics inom Institute for Basic Science (IBS), Sydkorea, avslöjat en ny upptäckt som avsevärt kan förbättra tillverkningen av fälteffekttransistorer ( FET).
Deras forskning publiceras i Nature Nanotechnology .
En högpresterande fälteffekttransistor (FET) är en viktig byggsten för nästa generations utöver kiselbaserade halvledarteknologier. Den nuvarande 3-dimensionella kiselteknologin lider av försämring av FET-prestanda när enheten är miniatyriserad förbi skalor under 3 nm.
För att övervinna denna gräns har forskare studerat enatomtjocka (~0,7 nm) tvådimensionella (2D) övergångsmetalldikalkogenider (TMD) som en idealisk FET-plattform under det senaste decenniet. Ändå är deras praktiska tillämpningar begränsade på grund av oförmågan att demonstrera integration i wafer-skala.
Ett stort problem är resterna som uppstår under tillverkningen. Traditionellt används polymetylmetakrylat (PMMA) som en stödjande hållare för enhetsöverföring. Detta material är ökänt för att lämna isolerande rester på TMD-ytor, vilket ofta genererar mekanisk skada på det ömtåliga TMD-arket under överföring.
Som ett alternativ till PMMA finns flera andra polymerer såsom polydimetylsiloxan (PDMS), polyvinylalkohol (PVA), polystyren (PS), polykarbonat (PC), etylenvinylacetat (EVA), polyvinylpyrrolidon (PVP) och organiska molekyler inklusive paraffin, cellulosa acetat, naftalen har alla föreslagits som en stödjande hållare. Icke desto mindre introduceras oundvikligen rester och mekaniska skador under överföringen, vilket leder till försämring av FET-prestanda.
IBS-forskarna tog upp detta problem och har gjort ett spännande genombrott genom att framgångsrikt utnyttja polypropylenkarbonat (PPC) för restfri våtöverföring. Användning av PPC eliminerade inte bara rester utan gjorde det också möjligt för produktion av wafer-scale TMD med kemisk ångavsättning. Tidigare försök att tillverka storskaliga TMD:er resulterade ofta i rynkor, som uppstår under överföringsprocessen. Den svaga bindningsaffiniteten mellan PPC och TMD eliminerade inte bara rester utan också rynkor.
Ashok Mondal, den första författaren till studien sa:"PPC-överföringsmetoden vi valde gör det möjligt för oss att tillverka TMD:er i centimeterskala. Tidigare var TMD begränsad till att tillverkas med en stämplingsmetod, som genererar flingor som bara är 30- 40 μm i storlek."
Forskarna byggde en FET-enhet med hjälp av en halvmetall Bi-kontaktelektrod med ett monolager av MoS2 , som överfördes med PPC-metoden. Mindre än 0,08 % av PPC-rester befanns vara kvar på MoS2 lager. Tack vare bristen på gränssnittsrester visade sig enheten ha en ohmsk kontaktresistans på RC ~78 Ω-µm, vilket är nära kvantgränsen. En ultrahög ström på/av-förhållande på ~10 11 vid 15 K och en hög påström på ~1,4 mA/µm uppnåddes också med hjälp av h-BN-substratet.
Detta fynd var det första i världen som visade produktion och överföring av CVD-odlad TMD i wafer-skala. Den toppmoderna FET-anordningen som tillverkats på detta sätt visade sig ha elektriska egenskaper som vida överstiger de tidigare rapporterade värdena. Man tror att denna teknik lätt kan implementeras med den för närvarande tillgängliga tillverkningstekniken för integrerade kretsar.
Dr. Chandan Biswas, medförfattare till studien sa:"Det är förhoppningsvis att vår framgång i den restfria PPC-överföringstekniken kommer att uppmuntra andra forskare att utveckla ytterligare förbättringar av olika TMD-enheter i framtiden."
Mer information: Ashok Mondal et al, Lågt ohmskt kontaktmotstånd och högt på/av-förhållande i övergångsmetalldikalkogeniders fälteffekttransistorer via restfri överföring, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01497-x. www.nature.com/articles/s41565-023-01497-x
Journalinformation: Nanoteknik i naturen
Tillhandahålls av Institute for Basic Science
