MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Тайваньские учёные в сотрудничестве с инженерами TSMC разработали новый способ изготовления транзисторов на основе одноатомного слоя дисульфида молибдена (MoS₂), который позволяет существенно повысить эффективность управления током и приблизить двумерную электронику к производству микросхем. Проблемой были даже не материалы, а методы их соединения, когда атомы сближаются так тесно, что начинают резко влиять друг на друга.
Источник изображения: National Yang Ming Chiao Tung University
Одной из главных проблем транзисторов из полупроводника MoS2 остаётся нанесение на него изолятора затвора. Поверхность условно двумерного кристалла практически не имеет свободных химических связей, поэтому применяемое в полупроводниковой промышленности послойной атомное осаждение (ALD) плохо формирует на ней сплошные сверхтонкие плёнки.
Кроме того, использование диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью, например HfO2, усиливает рассеяние электронов и способно резко снижать их подвижность. Приходится искать компромисс между подвижностью и управляемостью электронов в канале с оглядкой на уровень брака. До недавнего времени все такие компромиссы вели к ухудшению характеристик транзисторов и мало помогали с дальнейшей миниатюризацией. И учёные решили, что хватит искать новые материалы для транзисторов — было бы неплохо научиться лучше их соединять друг с другом, чтобы пограничные слои сами стали частью транзистора.
Учёные решили эту проблему, фактически создав между MoS2 и основным затворным диэлектриком атомарно тонкий буфер. В условиях сверхвысокого вакуума на поверхность MoS2 электронно-лучевым испарением наносился слой алюминия толщиной примерно 0,3 нм. Благодаря ван-дер-ваальсовой поверхности двумерного материала алюминий рос с нужной преимущественно кристаллографической ориентацией Al(111), после чего его контролируемо окисляли, превращая в чрезвычайно тонкий и однородный слой Al2O3. Уже поверх него можно было наносить high-k диэлектрик HfO2 методом ALD-осаждения. Такое сопряжение одновременно обеспечивало хорошую поверхность для роста диэлектрика и экранировало канал от частично неблагоприятного взаимодействия с HfO2.
В изготовленных на такой основе транзисторах с короткими каналами исследователям удалось уменьшить эквивалентную толщину затворного диэлектрика примерно до 1 нм, при этом не потеряв высокую подвижность носителей — именно сочетание этих двух характеристик обеспечило впечатляющую крутизну электронного прибора. Это важно для дальнейшего уменьшения размеров логических элементов: однослойный MoS2 имеет толщину порядка 0,7 нм и поэтому значительно лучше кремния сопротивляется эффектам в коротких каналах при сильном масштабировании.
Работа пока демонстрирует технологический принцип, а не готовую замену кремниевым CMOS, однако показывает, что один из ключевых барьеров двумерной электроники — создание сверхтонкого затвора без деградации атомарного канала — можно преодолеть за счёт создания буферного интерфейса буквально на уровне нескольких атомов. Такой интерфейс становится важнейшей частью транзистора, влияя на его характеристики — перестаёт быть простой механической прокладкой для связывания диэлектрика и полупроводника.
Источник:
