Una nova limitació del transistor 2D de la tecnologia de dopatge de Yttrium
La tecnologia tradicional basada en silici s’acosta al seu límit físic al node sub -3 nm, i es necessiten urgentment els nous materials semiconductors per aconseguir una escala més gran de circuits integrats. Els semiconductors bidimensionals, amb la seva estructura atòmicament fina i els seus avantatges de mobilitat elevada, poden aconseguir un control electrostàtic excel·lent i característiques estatals en transistors de canals ultra-curts. Es considera que els materials de canals potencials per a xips de circuit integrats a Sub {{5} nodes de tecnologia NM i han rebut una gran atenció de les principals empreses de xips de semiconductors i institucions de recerca (com Intel, TSMC, Samsung i el Centre Europeu de Microelectrònica) . No obstant això, els transistors bidimensionals s’enfronten a efectes de fixació de Fermi de contacte metàl·lics greus, cosa que restringeix molt el rendiment de transistors bidimensionals. Per tant, com aconseguir un contacte ohmic entre semiconductors bidimensionals i elèctrodes metàl·lics és un factor clau en la preparació de transistors balístics d’alt rendiment. A més, els transistors bidimensionals d’alt rendiment actualment assolits internacionalment es basen principalment en l’exfoliació mecànica o els cristalls simples bidimensionals a escala centímetre. Com aconseguir la preparació a gran escala de transistors d’alt rendiment basats en semiconductors bidimensionals a nivell de les hòsties és el repte fonamental de promoure l’electrònica bidimensional des del laboratori fins a l’aplicació industrial (laboratori-a-f).
Recentment, el grup de recerca dirigit per l’acadèmic Peng Lianmao i l’investigador Qiu Chenguang de l’Escola d’Electrònica, la Universitat de Peking, va proposar la "teoria del canvi de fase induïda per la terra rara" en el procés d'integració de semiconductors bidimensionals i va inventar el "nivell atòmic al nivell atòmic La tecnologia de dopatge selectiu de precisió ", que es produeix en la limitació d'enginyeria que la profunditat d'unió de la implantació tradicional d'ions no pot ser inferior a 5 nanòmetres. Per primera vegada, la profunditat de dopatge de la zona de selecció de la font i el desguàs es va empènyer fins al límit de 0. 5 Nanòmetres de la capa atòmica única i es van preparar transistors balístics del canal ultra-curt Les hòsties semiconductors bidimensionals, aconseguint contactes ohmics ideals i característiques de commutació, que té el potencial de crear futurs sub-sub -1 xips de nodes de tecnologia amb un major rendiment i un menor consum d’energia. Els resultats rellevants de la investigació es van publicar en línia a Nature Electronics el 27 de maig de 2024 sota el títol "Metalització induïda per la dopació de Yttruim de disulfur de molibdè per a contactes ohmics en transistors bidimensionals".
Aquest treball de recerca ha aconseguit les quatre innovacions tècniques següents:
1. El "element de la terra rara va induir la teoria de la metalització bidimensional" va ser pioner.
Aquesta tecnologia transforma el semiconductor bidimensional de la zona de contacte en un metall bidimensional induint el dopatge d’àtoms de Yttrium. Aquest metall bidimensional s’utilitza com a capa tampó entre el metall i el semiconductor per suprimir l’efecte de fixació de Fermi a la interfície. La capa tampó actua com a "pont" per millorar eficaçment l'eficiència de transmissió dels portadors del metall al semiconductor. El dopatge de l’àtom de Yttrium regula efectivament la posició del nivell de Fermi del metall bidimensional per aconseguir l’alineació de la banda ideal i el contacte ohmic del dispositiu, superant el repte científic de la barrera de Schottky inherent a la transició intrínseca en fase bidimensional.
Figura 1 Il·lustració teòrica de la tecnologia única de la capa atòmica, la tecnologia de contacte ohmic metal·litzada bidimensional
En segon lloc, es va inventar la "tecnologia de dopatge de precisió controlable a nivell atòmic". Es va dissenyar un procés de dopatge a nivell atòmic en tres passos de la deposició de metall actiu de planta de plasma de gran quantitat de potència de potència ultra-baixa per a difondre i injectar àtoms de Yttrium de la font sòlid a la superfície de contacte de dos dimensions amb motius finament . Aquesta nova estratègia de dopatge de contacte és compatible amb el procés de litografia del node tecnològic 1NM.
Figura 2 Caracterització sistemàtica de la metalització bidimensional induïda per dopatge a nivell atòmic
En tercer lloc, el contacte ohmic ideal s’aconsegueix en semiconductors bidimensionals a nivell d’hòsties. La resistència al contacte s’empeny al límit teòric quàntic, la resistència total del dispositiu és tan baixa com 235ω · μm, i el mètode de la línia de transmissió estadística (TLM) La resistència mitjana de contacte és de només 69 ± 13Ω · μm, que compleix els requisits de l’internacional Full de ruta de la tecnologia de semiconductors per a la resistència dels transistors en futurs nodes de circuits integrats.
Figura 3 Estructura del dispositiu i caracterització de contacte ohmic del canal ultra-curt del canal ultra-curt de doble porta
En quart lloc, demostra excel·lents propietats elèctriques integrals en les matrius de transistors bidimensionals del canal ultra-curts a gran escala. Presenta un comportament de commutació ideal i pot suprimir eficaçment l'efecte del canal curt. La taxa de balística de temperatura ambient és tan alta com el 79%, el subratllat mitjà SS Swing SS en el rang de corrent de quatre magnituds és de 67mV/dec; La densitat mitjana de corrent en estat és tan alta com 0. 84mA/μm; La transconductància màxima s’incrementa a 3,2ms/μm, que és gairebé un ordre de magnitud superior a altres dispositius TMDS similars dimensionals.
Figura 4 Característiques elèctriques de la matriu d’escala de transistor bidimensional del canal ultra-curt
Aquest treball explica el procés subjacent de la tecnologia de canvi de fase bidimensional dopada per l’element de terra rara de la terra rara des de la perspectiva del mecanisme físic i demostra la viabilitat de la preparació a nivell d’hòsties a gran escala de transistors bidimensionals d’alt rendiment. Els paràmetres electrònics clau del dispositiu compleixen els requisits dels circuits integrats de nodes avançats, demostrant el potencial de rendiment de semiconductors bidimensionals en futures aplicacions de circuit integrat de nodes i proporcionant importants referència teòrica i base experimental per promoure electrònics bidimensionals de laboratori a la indústria (Lab-a-F).
(Origen de: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)