Разработаны новые транзисторы p-типа на основе диселенида вольфрама (WSe₂),

Исследователи из Хуачжунского университета науки и технологии и Пизанского университета  разработали новые транзисторы p-типа на основе двумерного полупроводника — диселенида вольфрама (WSe₂), который состоит из атомов вольфрама и селена, расположенных в ультратонкой кристаллической структуре. Эти транзисторы, представленные в статье, опубликованной в Nature Electronics, являются одними из самых эффективных транзисторов p-типа на основе двумерных полупроводников.

Исследователи хотели разработать перспективные полевые транзисторы на основе металлооксидно-полупроводниковых соединений (MOSFET) с p-типом проводимости, используя двумерный полупроводник. MOSFET — это транзисторы, которые включают и выключают электрические сигналы в устройствах с помощью подаваемого напряжения.

«В двумерных материалах высокопроизводительные транзисторы с p-типом проводимости уступают своим аналогам с n-типом», — рассказал Tech Xplore Джанлука Фиори, один из старших авторов статьи.

«Это был «недостающий элемент» в развитии будущих двумерных КМОП-технологий. Например, транзисторы n-типа на основе таких материалов, как MoS₂, гораздо более совершенны и изучены гораздо лучше. Наша работа была направлена на устранение этого пробела путем разработки высокопроизводительных транзисторов p-типа на основе монослоя WSe₂ с улучшением качества материала и его электрических контактов». Исследователи представили процесс, который может повысить производительность транзисторов на основе двумерных материалов. Этот процесс предполагает введение кислорода в полупроводник, в данном случае в WSe₂, для уменьшения количества дефектов, которые могут снижать производительность транзисторов.

Процесс обработки кислородом, разработанный этой исследовательской группой, вскоре может быть усовершенствован или использован для уменьшения количества дефектов в других двумерных материалах. В будущем он может способствовать крупномасштабному производству и внедрению высокоэффективных транзисторов p-типа на основе WSe₂ или других ультратонких полупроводников.

Исследователи обнаружили, что в монослойных слоях WSe₂, обработанных по их методике, было меньше дефектов. Более того, транзисторы p-типа на основе обработанного материала продемонстрировали впечатляющую подвижность дырок — 137 см²/В·с, что свидетельствует об эффективной транспортировке носителей положительного заряда.

Команда исследователей обнаружила, что транзистор с  45 нм каналом обеспечивает ток в открытом состоянии 1245 мкА/мкм. Более того, устройство может надежно переключаться между проводящим и непроводящим состояниями, достигая коэффициента включения/выключения около 10⁹.

«Мы продемонстрировали высокоэффективные 2D-транзисторы p-типа с высокой подвижностью дырок и очень низким контактным сопротивлением», — сказал Фиори.

«Этого удалось добиться с помощью обработки кислородом, которая «устраняет» дефекты в материале WSe₂, которые в противном случае ухудшали бы проводимость и снижали производительность устройства. Эта стратегия устранения дефектов привела к значительному улучшению подвижности, снижению контактного сопротивления и очень высокому току в открытом состоянии».

«С практической точки зрения это важный шаг на пути к технологии сбалансированной двумерной КМОП, при которой эффективно могут работать как n-транзисторы, так и p-транзисторы, что позволит в будущем создавать электронные схемы с низким энергопотреблением и высокой степенью масштабирования на основе не только обычного кремния», — считают исследователи.