Метод надежного изготовления полевых транзисторов на основе дихалькогенидов переходных металлов в масштабе пластины.
Инженеры-электронщики постоянно пытаются разработать более тонкие, более эффективные и более производительные транзисторы, полупроводниковые устройства, лежащие в основе большинства современных электронных устройств. Для этого они оценивают потенциал широкого спектра материалов.
Дихалькогениды переходных металлов (TMD), соединения на основе переходных металлов и халькогеновых элементов, обладают очень привлекательными электронными и механическими свойствами , что делает их многообещающими кандидатами для разработки будущих поколений транзисторов. В частности, они имеют атомарно тонкую структуру без оборванных связей и ширину запрещенной зоны, аналогичную ширине запрещенной зоны кремния.
Несмотря на свои выгодные характеристики, TMD еще не использовались для создания транзисторов в больших масштабах. Основной причиной этого является слабая энергия адгезии на границе этих материалов и подложек, что затрудняет их широкое производство.
Исследователи из Samsung Electronics и Чикагского университета недавно определили стратегию, которая может обеспечить надежную интеграцию полевых транзисторов (FET) на основе TMD в масштабе пластины. Предлагаемый ими подход, представленный в статье, опубликованной в Nature Electronics , основан на использовании адгезионной литографии, инновационной техники для формирования наноразмерных зазоров между образцами разнородных материалов.
«Полевые транзисторы на основе двумерных материалов являются потенциальной заменой устройств на основе кремния в полупроводниковых чипах следующего поколения», — написали Ван Луан Нгуен и его коллеги в своей статье. «Однако слабая энергия межфазной адгезии между двумерными материалами и подложками может привести к низкому выходу и неоднородности транзисторов в масштабе пластины. Кроме того, обычные процессы фотолитографии, включая фотохимические реакции и химическое травление, могут повредить атомарно тонкие материалы».
В рамках своего исследования Нгуен и его коллеги продемонстрировали, что энергия межфазной адгезии (IAE) между 2D-материалами и различными подложками может быть количественно определена с использованием метода четырехточечного изгиба. Затем они вырастили 2D-материалы из дисульфида молибдена (MoS 2 ) и графена, используя химическое осаждение из паровой фазы.
Впоследствии они изучили влияние внутренних дефектов материала на значение IAE материалов на большой площади поверхности. Чтобы сформировать интерфейсы между материалами и подложками, они в конечном итоге перенесли материалы на металлический или изолирующий слой.
«Мы показываем, что энергия межфазной адгезии между двумерными материалами и различными подложками может быть определена количественно с использованием метода четырехточечного изгиба», — объяснили Нгуен и его коллеги в своей статье. «Мы обнаружили, что граница раздела дисульфид молибдена/диоксид кремния имеет межфазную энергию адгезии 0,2 Дж м -2 , которую можно модулировать от 0 до 1,0 Дж м -2 путем включения самоорганизующихся монослоев с различным химическим составом концов. Мы используем это для создания метода адгезионной литографии, основанного на различиях энергии адгезии и процессах физического травления».
Нгуен и его коллеги продемонстрировали осуществимость своей стратегии производства, используя ее для производства более 10 000 полевых транзисторов на основе дисульфида молибдена на основе шестидюймовых пластин, достигнув впечатляющего выхода почти 100%. В будущем предложенный ими метод может быть доработан и улучшен, что потенциально позволит крупномасштабное производство полевых транзисторов на основе TMD за счет уменьшения ошибок и улучшения адгезии между этими материалами и подложками.
