I contatti elettrici semimetallici topologici possono ridurre significativamente la resistenza di contatto e migliorare l'efficienza energetica del transistor a semiconduttore 2D Credito:SUTD
Spinto dai desideri sempre crescenti del mercato dei consumatori per i più piccoli, dispositivi più leggeri e intelligenti, le dimensioni dell'elettronica di consumo come smartphone, tablet e laptop, si sono continuamente ridotti, diventando più potenti in termini di prestazioni nel corso degli anni.
Rendendo questi dispositivi più piccoli, però, ha un prezzo. A causa del predominio di bizzarri effetti quantistici nei chip semiconduttori ultracompatti, i transistor ad effetto di campo (FET), interruttori elettrici che costituiscono la spina dorsale dei processori dei computer e dei chip di memoria, smettono di comportarsi in modo controllabile. Architetture di dispositivi sofisticate, come FinFET e Gate-All-Around FET, devono essere impiegati per continuare a ridimensionare le dimensioni dei dispositivi elettronici.
I semiconduttori bidimensionali (2-D) sono stati acclamati come una nuova opzione per l'elettronica di calcolo ultracompatta di prossima generazione. Poiché il loro corpo ultrasottile ha in genere solo pochi atomi di spessore, le operazioni di commutazione elettrica possono essere controllate in modo efficiente senza coinvolgere architetture di dispositivi sofisticate quando viene trasformato in un FET.
Nel 2016, il World Economic Forum ha nominato il materiale 2-D come una delle prime 10 tecnologie emergenti per l'elettronica del futuro. Anche nel 2018 il grafene, un materiale 2-D con proprietà eccezionali, è stato evidenziato nel World Economic Forum come uno dei materiali plasmonici chiave per rivoluzionare la tecnologia dei sensori.
Quando si realizza un transistor, il semiconduttore 2-D deve essere contattato elettricamente da due pezzi di metalli noti come source e drain. Tali processi, però, crea una resistenza elettrica indesiderabilmente grande, comunemente nota come resistenza di contatto, alla sorgente e drenare i componenti. Una grande resistenza di contatto può degradare negativamente le prestazioni del transistor e generare una notevole quantità di calore nel dispositivo.
Questi effetti negativi possono limitare gravemente il potenziale dei materiali 2-D nell'industria dei semiconduttori. La ricerca di un metallo che non produca una grande resistenza di contatto quando è legato a semiconduttori 2-D rimane una ricerca in corso finora.
Informare Revisione fisica applicata , un team di ricerca guidato dalla Singapore University of Technology and Design (SUTD) ha scoperto una nuova strategia per risolvere il problema della resistenza di contatto nei semiconduttori 2-D. Eseguendo una simulazione computazionale all'avanguardia della teoria del funzionale della densità (DFT), il team di ricerca SUTD ha scoperto che un film ultrasottile di Na 3 Bi, un semimetallo topologico scoperto di recente la cui natura conduttiva è protetta dalla sua simmetria cristallina, con solo due strati atomici può essere utilizzato come contatto metallico per semiconduttori 2-D con resistenza di contatto ultrabassa.
"Abbiamo scoperto che l'altezza della barriera Schottky formata tra Na 3 Il semiconduttore bi e 2-D è uno dei più bassi tra i molti metalli comunemente usati dall'industria, " ha affermato il Dr. Yee Sin Ang, uno dei principali scienziati del team di ricerca SUTD.
In poche parole, la barriera Schottky è un sottile strato isolante formato tra metallo e semiconduttore. L'altezza della barriera Schottky influenza in modo cruciale la resistenza al contatto. Una piccola altezza della barriera Schottky è desiderabile per ottenere una bassa resistenza di contatto.
La scoperta che la barriera Schottky formata tra Na 3 Bi e due semiconduttori 2-D comunemente studiati, MoS 2 e WS 2 , è sostanzialmente inferiore a molti metalli comunemente usati, come l'oro, rame e palladio, rivela la forza dei film sottili semimetallici topologici per la progettazione di dispositivi a semiconduttore 2-D ad alta efficienza energetica con una resistenza di contatto minima.
"È importante che abbiamo scoperto che quando i semiconduttori 2-D vengono contattati da Na 3 B, le proprietà elettroniche intrinseche del semiconduttore 2-D sono mantenute, " ha detto il dottor Liemao Cao, l'esperto DFT del gruppo di ricerca SUTD.
I semiconduttori 2-D possono "fondersi" insieme a un metallo a contatto e diventare metallizzati. I semiconduttori 2-D metallizzati perdono le loro proprietà elettriche originali che sono molto necessarie per le applicazioni di elettronica e optoelettronica. Il team di ricerca ha scoperto che Na 3 Il film bi sottile non metallizza i semiconduttori 2-D. Usando Na 3 Il film bi sottile come contatto metallico per semiconduttore 2-D può quindi essere molto vantaggioso per le applicazioni dei dispositivi, come fotorilevatori, celle solari, e transistor.
"Il nostro concetto pionieristico che sinergizza materiali 2-D e materiali topologici offrirà una nuova strada verso la progettazione di dispositivi elettronici ad alta efficienza energetica, che è particolarmente importante per ridurre l'impronta energetica dei sistemi informatici avanzati, come Internet delle cose e intelligenza artificiale, " ha commentato il professor Ricky L. K. Ang, il ricercatore principale del gruppo di ricerca, e il capo della scienza, Cluster di matematica e tecnologia in SUTD.
