Разработан высокопроизводительный транзистор с верхним затвором на основе дисульфида молибдена (MoS₂)

Исследование опубликовано в Nature Electronics.

По мере приближения кремниевых транзисторов к физическим пределам масштабирования уменьшение размеров канала приводит к увеличению тока утечки и ослаблению электростатического контроля. Это побудило исследователей искать альтернативы, и одним из наиболее перспективных кандидатов среди двумерных полупроводников стал монослой MoS₂. Несмотря на свою атомарно тонкую структуру, он сохраняет свойства полупроводника, что делает его подходящим материалом для более компактных и энергоэффективных транзисторов. Однако для двумерных полупроводников требуется ультратонкий диэлектрик затвора, чтобы контролировать течение тока. При нанесении этого слоя часто возникает рассеяние, связанное с диэлектриком, которое ухудшает перенос электронов и снижает производительность устройства.

Чтобы решить эту проблему, исследователи сосредоточились не на поиске нового материала, а на изменении интерфейса с помощью эпитаксиальной инженерии. Используя технологию сверхвысокого вакуума, команда сначала осадила ультратонкий слой алюминия на монослой MoS₂, затем окислила его, чтобы сформировать слой оксида алюминия (Al₂O₃) толщиной около 0,42 нм в качестве высококачественного шаблона для последующего роста материала. Согласно отчету, этот атомарно тонкий интерфейс улучшает качество соединения между двумерным полупроводником и диэлектриком затвора, снижая при этом рассеяние электронов, что позволяет создавать ультратонкие структуры с высокой проводимостью.

В результате был получен высокопроизводительный однослойный транзистор с изолированным затвором на основе MoS₂, который обеспечивает сверхнизкий ток утечки и превосходную стабильность работы даже при чрезвычайно малых размерах, говорится в отчете. Эта работа демонстрирует практический потенциал двумерных полупроводниковых устройств, устраняя два давних компромисса — использование ультратонкого диэлектрического слоя и высокую подвижность носителей заряда. Согласно отчету, эта технология может позволить создавать более быстрые электронные устройства с меньшим энергопотреблением, при этом она легко интегрируется с существующими процессами производства полупроводников.