Batasan Transistor 2D Doping Yttrium baru
Teknologi berasaskan silikon tradisional mendekati had fizikalnya di nod sub -3 nm, dan bahan semikonduktor baru sangat diperlukan untuk mencapai skala litar bersepadu. Semikonduktor dua dimensi, dengan struktur nipis atom dan kelebihan mobiliti yang tinggi, dapat mencapai kawalan elektrostatik yang sangat baik dan ciri-ciri dalam keadaan dalam transistor saluran ultra-pendek. Mereka dianggap sebagai bahan saluran yang berpotensi untuk cip litar bersepadu di sub -1 nm nod teknologi dan telah mendapat perhatian yang besar dari syarikat cip semikonduktor global dan institusi penyelidikan (seperti Intel, TSMC, Samsung, dan Pusat Mikroelektronik Eropah) . Walau bagaimanapun, transistor dua dimensi menghadapi kesan pinning fermi logam yang serius, yang sangat menyekat prestasi transistor dua dimensi. Oleh itu, bagaimana untuk mencapai hubungan ohmik antara semikonduktor dua dimensi dan elektrod logam adalah faktor utama dalam penyediaan transistor balistik prestasi tinggi. Di samping itu, transistor dua dimensi berprestasi tinggi yang kini dicapai di peringkat antarabangsa kebanyakannya berdasarkan pengelupasan mekanikal atau kristal tunggal dua dimensi skala. Bagaimana untuk mencapai persediaan besar-besaran transistor berprestasi tinggi berdasarkan semikonduktor dua dimensi peringkat wafer adalah cabaran utama untuk mempromosikan elektronik dua dimensi dari makmal ke aplikasi perindustrian (makmal-ke-fab).
Baru-baru ini, kumpulan penyelidikan yang diketuai oleh ahli akademik Peng Lianmao dan penyelidik Qiu Chenguang dari Sekolah Elektronik, Universiti Peking, mencadangkan "teori perubahan fasa yang disebabkan oleh Yttrium di bumi" dalam proses integrasi semikonduktor dua dimensi, dan mencipta "peringkat atom Teknologi Doping Selektif Precision ", melepasi batasan kejuruteraan bahawa kedalaman persimpangan implantasi ion tradisional tidak boleh kurang daripada 5 nanometer. Buat pertama kalinya, kedalaman doping kawasan pemilihan sumber dan longkang ditolak ke had 0. Wafer semikonduktor dua dimensi, mencapai hubungan ohmic yang ideal dan ciri-ciri pensuisan, yang berpotensi untuk membina cip nod teknologi nanometer masa depan dengan prestasi yang lebih tinggi dan penggunaan kuasa yang lebih rendah. Keputusan penyelidikan yang berkaitan telah diterbitkan dalam talian dalam Alam Elektronik pada 27 Mei 2024 di bawah tajuk "Yttruim-Doping-Induced Metallization of Molibdenum Disulfide untuk Hubungan Ohmic dalam Transistor Dua Dimensi".
Kerja penyelidikan ini telah mencapai empat inovasi teknikal berikut:
1. "Unsur nadir bumi yang disebabkan oleh teori metasi dua dimensi" dipelopori.
Teknologi ini mengubah semikonduktor dua dimensi di kawasan hubungan menjadi logam dua dimensi dengan mendorong doping atom yttrium. Logam dua dimensi ini digunakan sebagai lapisan penampan antara logam dan semikonduktor untuk menindas kesan pinnning Fermi di antara muka. Lapisan penampan bertindak sebagai "jambatan" untuk meningkatkan kecekapan penghantaran pembawa dari logam ke semikonduktor. Yttrium atom doping berkesan mengawal kedudukan tahap fermi logam dua dimensi untuk mencapai penjajaran band yang ideal dan hubungan ohmik peranti, mengatasi cabaran saintifik halangan Schottky yang wujud dalam peralihan fasa dua dimensi intrinsik.
Rajah 1 Ilustrasi teoretikal lapisan tunggal atom yang disebabkan oleh teknologi hubungan ohmik dua dimensi yang disebabkan oleh
Kedua, "teknologi doping ketepatan yang dikawal oleh atom" dicipta. Proses doping peringkat atom tiga langkah kuasa ultra-rendah kuasa lembut plasma-sumber aktif logam pemendapan-vakum penyepuh . Strategi doping hubungan baru ini serasi dengan proses litografi nod teknologi 1nm.
Rajah 2 Pencirian sistematik metalization dua dimensi yang disebabkan oleh atom
Ketiga, hubungan ohmic ideal dicapai dalam semikonduktor dua dimensi semikonduktor wafer. Rintangan kenalan ditolak ke had teoretikal kuantum, jumlah rintangan peranti serendah 235Ω · μm, dan kaedah transmisi statistik (TLM) purata rintangan hubungan hanya 69 ± 13Ω · μm, yang memenuhi keperluan antarabangsa Roadmap Teknologi Semikonduktor untuk rintangan transistor dalam nod masa depan litar bersepadu.
Rajah 3 Struktur Peranti dan Pencirian Hubungan Ohmic Dual-Gate 10nm Ultra-Short Channel Two-Dimensional Transistor
Keempat, ia menunjukkan sifat elektrik komprehensif yang sangat baik dalam saluran transistor dua dimensi ultra-pendek berskala besar. Ia mempamerkan tingkah laku penukaran yang ideal dan dapat menindas kesan saluran pendek dengan berkesan. Kadar balistik suhu bilik adalah setinggi 79%, purata subthreshold swing SS dalam julat arus empat magnitud ialah 67mV/dec; Ketumpatan arus purata di negeri adalah setinggi 0. 84mA/μm; Transkonduktansi maksimum meningkat kepada 3.2ms/μm, yang hampir menjadi urutan magnitud yang lebih tinggi daripada peranti TMDS dua dimensi yang serupa.
Rajah 4 Ciri-ciri Elektrik Saluran Skala Transistor Dua Dimensi Saluran Ultra-pendek
Kerja-kerja ini menerangkan proses asas unsur nadir bumi Yttrium-doped teknologi perubahan fasa dua dimensi dari perspektif mekanisme fizikal, dan menunjukkan kemungkinan penyediaan tahap wafer berskala besar transistor dua dimensi yang berprestasi tinggi. Parameter elektronik utama peranti memenuhi keperluan litar bersepadu nod lanjutan, menunjukkan potensi prestasi semikonduktor dua dimensi dalam aplikasi litar bersepadu nod masa depan, dan menyediakan rujukan teoritis penting dan asas percubaan untuk mempromosikan elektronik dua dimensi dari makmal ke industri (Lab-to-fab).
(Asal dari: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)