Una rivoluzione tecnologica è all'orizzonte ed è pronta a cambiare i dispositivi che utilizziamo. Sotto la guida del professor Lee Young Hee, un team di ricercatori del Center for Integrated Nanostructure Physics dell'Institute for Basic Science (IBS), Corea del Sud, ha svelato una nuova scoperta che può migliorare notevolmente la fabbricazione di transistor a effetto di campo. FET).
La loro ricerca è pubblicata su Nature Nanotechnology .
Un transistor a effetto di campo (FET) ad alte prestazioni è un elemento essenziale per le tecnologie dei semiconduttori di prossima generazione non basate sul silicio. L'attuale tecnologia tridimensionale del silicio soffre del degrado delle prestazioni FET quando il dispositivo viene miniaturizzato oltre le scale inferiori a 3 nm.
Per superare questo limite, nell'ultimo decennio i ricercatori hanno studiato i dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) bidimensionali (2D) con spessore di un atomo (~ 0,7 nm) come piattaforma FET ideale. Tuttavia, le loro applicazioni pratiche sono limitate a causa dell'incapacità di dimostrare l'integrazione su scala wafer.
Uno dei problemi principali sono i residui che si verificano durante la fabbricazione. Tradizionalmente, il polimetilmetacrilato (PMMA) viene utilizzato come supporto per il trasferimento del dispositivo. Questo materiale è noto per lasciare residui isolanti sulle superfici del TMD, che spesso generano danni meccanici al fragile foglio del TMD durante il trasferimento.
In alternativa al PMMA, diversi altri polimeri come polidimetilsilossano (PDMS), alcol polivinilico (PVA), polistirene (PS), policarbonato (PC), etilene vinil acetato (EVA), polivinilpirrolidone (PVP) e molecole organiche tra cui paraffina, cellulosa acetato e naftalene sono stati tutti proposti come supporto di supporto. Tuttavia, durante il trasferimento vengono inevitabilmente introdotti residui e danni meccanici, che portano al degrado delle prestazioni del FET.
I ricercatori dell'IBS hanno affrontato questo problema e hanno compiuto un'interessante scoperta sfruttando con successo il polipropilene carbonato (PPC) per un trasferimento a umido senza residui. L'utilizzo del PPC non solo ha eliminato i residui, ma ha anche consentito la produzione di TMD su scala wafer utilizzando la deposizione chimica in fase vapore. I precedenti tentativi di produzione di TMD su larga scala hanno spesso provocato la comparsa di rughe durante il processo di trasferimento. La debole affinità di legame tra PPC e TMD non solo ha eliminato i residui ma anche le rughe.
Ashok Mondal, il primo autore dello studio, ha affermato:"Il metodo di trasferimento PPC che abbiamo scelto ci consente di fabbricare TMD su scala centimetrica. In precedenza, i TMD si limitavano a essere prodotti utilizzando un metodo di stampaggio, che genera scaglie di soli 30- 40 μm di dimensione."
I ricercatori hanno costruito un dispositivo FET utilizzando un elettrodo di contatto Bi semimetallico con un monostrato di MoS2 , che è stato trasferito con il metodo PPC. Si è scoperto che meno dello 0,08% dei residui di PPC rimanevano sul MoS2 strato. Grazie all'assenza di residui interfacciali, il dispositivo ha rilevato una resistenza di contatto ohmica di RC ~78 Ω-μm, che è vicino al limite quantistico. Un rapporto on/off di corrente ultraelevato di ~10 11 a 15 K e un'elevata corrente di funzionamento di ~1,4 mA/μm sono stati ottenuti anche utilizzando il substrato h-BN.
Questa scoperta è stata la prima al mondo a dimostrare la produzione su scala wafer e il trasferimento di TMD coltivati con CVD. Si è scoperto che il dispositivo FET all'avanguardia prodotto in questo modo ha proprietà elettriche che superano di gran lunga quelle dei valori precedentemente riportati. Si ritiene che questa tecnologia possa essere facilmente implementata utilizzando la tecnologia di produzione di circuiti integrati attualmente disponibile.
Il dottor Chandan Biswas, coautore dello studio, ha affermato:"Si spera che il nostro successo nella tecnica di trasferimento PPC senza residui incoraggi altri ricercatori a sviluppare ulteriori miglioramenti in vari dispositivi TMD in futuro."
Ulteriori informazioni: Ashok Mondal et al, Bassa resistenza di contatto ohmica ed elevato rapporto on/off nei transistor a effetto di campo dicalcogenuri di metalli di transizione tramite trasferimento senza residui, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01497-x. www.nature.com/articles/s41565-023-01497-x
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