К такому результату пришли ученые из Национального университета Ян Мин Цзяо Тун (NYCU, Тайвань) совместно с исследовательским подразделением компании TSMC. Результаты опубликованы в журнале Nature Electronics.
Атомарно тонкие, или двумерные, полупроводники уже больше 10 лет рассматриваются как одна из главных альтернатив кремнию: слой толщиной в один атом сохраняет рабочие электрические свойства, что позволяет делать транзисторы меньше, быстрее и экономичнее. Но у таких материалов есть слабое место — подзатворный диэлектрик, тонкий изолирующий слой, который управляет движением электронов в канале. Чем он тоньше, тем лучше электрический контроль, однако его нанесение на двумерный полупроводник нарушает границу между материалами и рассеивает электроны, снижая производительность. Инженерам обычно приходилось выбирать между тонким диэлектриком и сохранением подвижности носителей заряда.
Вместо поиска нового полупроводника команда сосредоточилась на границе между материалами. Исследователи нанесли на монослой дисульфида молибдена (MoS2) сверхтонкий эпитаксиальный слой алюминия и окислили его, получив слой оксида алюминия толщиной около 0,42 нанометра, а затем добавили поверх высокопроницаемый диэлектрик на основе оксида гафния. Такой промежуточный слой делает поверхность для роста диэлектрика более однородной и одновременно защищает электроны полупроводника от нежелательных взаимодействий с диэлектриком.
На основе этой технологии ученые изготовили короткоканальные транзисторы с верхним затвором из выращенного методом CVD монослоя MoS2. Эквивалентная толщина оксида составила около одного нанометра. Транзисторы показали низкий ток утечки, минимальный гистерезис и максимальную крутизну характеристики 0,45 мСм/мкм при длине канала около 100 нанометров — сочетание, которое ранее было трудно получить одновременно.
Много лет усилия по совершенствованию атомарно тонких транзисторов были сосредоточены на поиске более удачных материалов для полупроводника. Наша работа показывает, что атомная граница между материалами может быть не менее важна: управляя ею, мы смогли ослабить один из фундаментальных компромиссов, который долгие годы ограничивал двумерные транзисторы.
По словам соавтора работы профессора Цзун-Эня Ли, по мере того как элементы транзистора становятся толщиной в несколько атомных слоев, граница между материалами превращается в активную часть устройства. Технологию еще предстоит доработать перед переходом к масштабному производству.
Ранее Наука Mail писала, что японские пагоды подсказали революционную конструкцию небоскребов.