Yeni bir Yttrium Doping Technology atılımı 2D Transistör Sınırlaması
Geleneksel silikon tabanlı teknoloji, -3 nm düğümünde fiziksel sınırına yaklaşıyor ve entegre devrelerin daha fazla ölçeklendirilmesini sağlamak için acilen yeni yarı iletken malzemelere ihtiyaç var. İki boyutlu yarı iletkenler, atomik olarak ince yapıları ve yüksek hareketlilik avantajları ile ultra kısa kanal transistörlerinde mükemmel elektrostatik kontrol ve durumsal özellikler elde edebilir. -1 nm teknoloji düğümlerinde entegre devre yongaları için potansiyel kanal malzemeleri olarak kabul edilirler ve önde gelen küresel yarı iletken çip şirketlerinden ve araştırma kurumlarından (Intel, TSMC, Samsung ve Avrupa Mikroelektronik Merkezi gibi) büyük ilgi görmüştür. . Bununla birlikte, iki boyutlu transistörler, iki boyutlu transistörlerin performansını büyük ölçüde kısıtlayan Ciddi Metal-Semikasyonlu temas Fermi sabitleme etkileriyle karşı karşıyadır. Bu nedenle, iki boyutlu yarı iletkenler ve metal elektrotlar arasında ohmik temas nasıl elde edileceği, yüksek performanslı balistik transistörlerin hazırlanmasında anahtar bir faktördür. Ek olarak, şu anda uluslararası alanda elde edilen yüksek performanslı iki boyutlu transistörler çoğunlukla mekanik pul pul dökülmeye veya santimetre ölçekli iki boyutlu tek kristallere dayanmaktadır. Gofret düzeyinde iki boyutlu yarı iletkenlere dayanan yüksek performanslı transistörlerin büyük ölçekli hazırlanması nasıl elde edilir, laboratuvardan endüstriyel uygulamaya (laboratuvardan fab) iki boyutlu elektronikleri teşvik etmenin temel zorluğudur.
Son zamanlarda, Akademisyen Peng Lianmao ve Araştırmacı Qiu Chenguang liderliğindeki araştırma grubu Peking Üniversitesi Elektronik Okulu'ndan, iki boyutlu yarı iletken entegrasyon sürecinde "nadir toprak yttrium kaynaklı faz değişim teorisi" ni önerdi ve "atomik düzeyde" icat etti. Hassas seçici doping teknolojisi ", geleneksel iyon implantasyonunun bağlantı derinliğinin 5 nanometreden daha az olamayacağı mühendislik sınırlamasını kırmak. İlk kez, kaynak ve drenaj seçim alanının doping derinliği 0 sınırına itildi. Tek atomik tabakanın 5 nanometresi ve ultra kısa kanal balistik transistörleri büyük ölçekte hazırlandı. İki boyutlu yarı iletken gofretler, ideal ohmik kontaklar ve anahtarlama özellikleri elde eder, bu da gelecekteki alt -1 nanometre teknoloji düğümü yongaları daha yüksek performans ve daha düşük güç tüketimine sahip olma potansiyeline sahiptir. İlgili araştırma sonuçları, 27 Mayıs 2024 tarihinde Nature Electronics'te çevrimiçi olarak "İki boyutlu transistörlerde ohmik kontaklar için molibden disülfürün metalizasyonu" başlığı altında yayınlanmıştır.
Bu araştırma çalışması aşağıdaki dört teknik yeniliğe ulaşmıştır:
1. "Nadir toprak elemanı indüklenen iki boyutlu metalizasyon teorisi" öncülük edildi.
Bu teknoloji, yttriyum atom dopingini indükleyerek temas alanındaki iki boyutlu yarı iletkenleri iki boyutlu bir metale dönüştürür. Bu iki boyutlu metal, arayüzdeki Fermi sabitleme etkisini bastırmak için metal ve yarı iletken arasında bir tampon katman olarak kullanılır. Tampon tabakası, taşıyıcıların metalden yarı iletkene iletim verimliliğini etkili bir şekilde iyileştirmek için bir "köprü" görevi görür. Yttrium atom katkısı, iki boyutlu metalin Fermi seviyesinin, cihazın ideal bant hizalamasını ve ohmik temasını elde etmek için etkili bir şekilde düzenler ve içsel iki boyutlu faz geçişinde doğasında bulunan Schottky bariyerinin bilimsel zorluğunun üstesinden gelir.
Şekil 1 Tek atomik katman doping kaynaklı iki boyutlu metalize ohmik temas teknolojisinin teorik gösterimi
İkincisi, "atom düzeyinde kontrol edilebilir hassas doping teknolojisi" icat edildi. Üç aşamalı atom düzeyinde, ultra düşük güç yumuşak plazma-katı aktif metal biriktirme-kelpimi tavlama, katı hal kaynak dopant yttrium atomlarını etkili bir şekilde yaymak ve enjekte etmek için tasarlanmıştır. . Bu yeni iletişim doping stratejisi, 1NM teknoloji düğümünün litografi süreci ile uyumludur.
Şekil 2 Atom seviyesi doping kaynaklı iki boyutlu metalizasyonun sistematik karakterizasyonu
Üçüncüsü, gofret düzeyinde iki boyutlu yarı iletkenlerde ideal ohmik temas elde edilir. Temas direnci kuantum teorik sınırına, toplam cihaz direnci 235Ω · μm kadar düşüktür ve istatistiksel iletim hattı yöntemi (TLM) Ortalama temas direnci sadece 69 ± 13Ω · μm'dir, bu da uluslararasıın gereksinimlerini karşılayan Entegre devrelerin gelecekteki düğümlerinde transistörlerin direnci için yarı iletken teknoloji yol haritası.
Şekil 3 Çift kapılı 10nm Ultra-Kısın
Dördüncüsü, büyük ölçekli ultra kısa kanal iki boyutlu transistör dizilerinde mükemmel kapsamlı elektriksel özellikler gösterir. İdeal anahtarlama davranışı sergiler ve kısa kanal etkisini etkili bir şekilde bastırabilir. Oda sıcaklığı balistik oranı%79'a kadar yüksektir, dört büyüklüklü akım aralığındaki ortalama eşik alt salıncak SS 67mV/DEC; Ortalama durum içi akım yoğunluğu 0. 84mA/μm kadar yüksektir; Maksimum transkilasyon, diğer benzer iki boyutlu TMDS cihazlarından neredeyse daha yüksek bir büyüklük sırası olan 3.2ms/μm'ye çıkarılır.
Şekil 4 Ultra kısa kanal iki boyutlu transistör ölçek dizisinin elektriksel özellikleri
Bu çalışma, fiziksel mekanizma perspektifinden nadir toprak elemanı yttrium katkılı iki boyutlu faz değişim teknolojisinin altında yatan sürecini açıklar ve yüksek performanslı iki boyutlu transistörlerin büyük ölçekli gofret seviyesi hazırlanmasının fizibilitesini gösterir. Cihazın anahtar elektronik parametreleri, gelecekteki düğüm entegre devre uygulamalarında iki boyutlu yarı iletkenlerin performans potansiyelini gösteren gelişmiş düğüm entegre devrelerinin gereksinimlerini karşılıyor ve laboratuvardan sektörden iki boyutlu elektronikleri teşvik etmek için önemli teorik referans ve deneysel temel sağlamak için (Laboratuvardan fab).
(Kökeni: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)