Tek atomik katman kanallı kanat tipi alan etkili transistör çıkıyor
1940'lardan bu yana, mikroelektronik teknolojisinin önderlik ettiği bilgi teknolojisi devrimi, bilim ve teknolojinin gelişimini ve sosyal değişiklikleri büyük ölçüde destekledi. Geçtiğimiz birkaç on yılda, mikroelektronik teknolojisi endüstrisi Moore Yasası boyunca hızlı bir ilerleme kaydetti.Moore Yasası'nın tahminine göre, entegre bir devrenin barındırabileceği transistör sayısı yaklaşık iki yılda bir ikiye katlanacak. Şu anda, entegre devrelerde elde edilebilecek en küçük işlem boyutu 3-5 nanometredir. Şu anda, entegre devrelerin özellik boyutu teknolojik ve fiziksel sınırlara yaklaştığından, transistör cihazlarının özellik boyutunu daha da azaltmak son derece zordur.
Geleneksel dökme silikon yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, atom ölçeğine sahip düşük boyutlu malzemeler son yıllarda hızla geliştirildi ve karbon nanotüpler ve iki boyutlu atomik kristaller gibi yeni malzemeler sürekli olarak transistörler için kanal malzemeleri veya elektrot malzemeleri inşa etmeye çalışılıyor. Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi, Metal Araştırma Enstitüsü, Malzeme Bilimi için Shenyang Ulusal Araştırma Merkezi'nden araştırmacılar, ilk kez düzenlenebilir, dikey tek atomik katmanlı kanal kanatçık alanı etkili transistörü (FinFET) göstermek için birçok yerli ve yabancı birimle işbirliği yaptı (Şekil 1). "Nature Communications" da "Tek atomik katman kanallı bir FinFET" (tek atomik katman kanallı bir FinFET) başlıklı bir araştırma makalesi yayınladı.
Araştırmacılar, ~ 300 nm yüksekliğinde bir silikon kristal basamak şablonu tasarladılar ve ıslak sprey kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle adımın yan duvarına uygun olarak büyüyen bir geçiş metali sülfit monoatomik katman kristali (MoS2, WS2, vb.) Elde ettiler. . Çoklu aşındırma (Şekil 2) gibi mikro-nano işleme tekniklerinin kullanımıyla, yarı iletken kanal olarak tek bir aşırı iki boyutlu malzeme katmanına sahip bir kanatçık alanı etkili transistör üretildi ve bir kanatçık alanı etkili transistör dizisi başarıyla üretildi (Şekil 3). Ek olarak, kapı malzemeleri olarak geleneksel metallerin yerini almak için karbon nanotüplerin kullanılması için bir girişimde bulunuldu ve sonuçlar, bu malzemenin geleneksel metal kapılardan daha iyi kaplama özelliklerine sahip olduğunu ve cihaz performansını etkili bir şekilde artırabileceğini gösterdi. Yüzlerce transistör cihazının istatistiksel ölçümü sayesinde, ölçülen akım açma-kapama oranı 107'ye ve alt eşik salınımı 300mV / dec'e ulaşır (Şekil 4a-d). Teorik hesaplamalar, önerilen fin tipi alan etkili transistörün, boşaltma tarafından sağlanan bariyer azaltma (DIBL) gibi kısa kanal etkilerine mükemmel direnç sağlayabildiğini göstermektedir (Şekil 4e-f).
Bu çalışma, FinFET kanal malzemesinin genişliğini tek atomik katman sınırının nanometre altı ölçeğine (0.6 nm) düşürdü (Şekil 5) ve aynı zamanda minimum 50 nm aralıklı tek bir atomik katman kanal kanat dizisi elde etti. Çalışma, Moore sonrası dönemde alan etkili transistör cihazlarının geliştirilmesi için yeni bir çözüm sunuyor.
Çalışma Metal Enstitüsü, Hunan Üniversitesi, Shanxi Üniversitesi, Suzhou Nanoteknoloji ve Nano-Biyonik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü Yüksek Manyetik Alan Bilim Merkezi, Çin Bilimler Akademisi ve Fransız Atom Enerjisi Ajansı tarafından tamamlandı. Metal Enstitüsü Han Zheng ve Sun Dongming araştırma ekibi araştırma projesini yönetti ve cihazın hazırlanmasını ve karakterizasyonunu üstlendi; Hunan Üniversitesi Liu Song grubu CVD büyümesinden sorumluydu; Shanxi Üniversitesi'nden Ph.D. Dong Baojuan sonlu eleman simülasyon çalışmasını üstlendi; Suzhou Nano Enstitüsü araştırma grubu sağladı Izgara malzemesinin hazırlanması için karbon nanotüp çözümü; Du Haifeng'in güçlü manyetik alanın merkezindeki araştırma grubu, ilgili transmisyon elektron mikroskobu örneklerinin hazırlanmasına ve karakterizasyonuna öncülük etti. Chen Maolin, Sun Xingdan ve Liu Hang (Hunan Üniversitesi) ortak yazarlardır ve Han Zheng, Sun Dongming, Liu Song ve Dong Baojuan ortak yazarlardır. Bu araştırma çalışması, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilimler Akademisi, Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Araştırma Merkezi, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı Gençlik Projesi ve Genç Bin Yetenek Programı tarafından desteklenmektedir.
Şekil 1: Tek bir atomik katman kanalına sahip FinFET. a) Silikon prosesi FinFET'in kanal malzemesi, dikey iki boyutlu atomik kristal ve tek karbon nanotüpünün boyutunun karşılaştırmasının şematik diyagramı. b) Cihaz yapısının şematik diyagramı. Resim, şematik bir enine kesit görünümdür. c) Aşamalı konformal büyüme ile tek katmanlı iki boyutlu geçiş metali kükürt bileşiğinin şematik diyagramı. d-e) Ölçeklerin 100 nanometre (solda) ve 1 mikron (sağda) olduğu adım şablonunun elektron mikrografını taramak.
Şekil 2: Cihaz işlem akışı ve tarama elektron mikroskobu fotoğrafları.
Şekil 3: Sıralanabilen bir monoatomik tabakalı kanatçık transistörünün topografyası (minimum dizi aralığı 50 nm'dir).
Şekil 4: a) -d) tek atom tabakalı yüzgeç tipi alan etkili transistörün elektriksel performansı; e) -f) sonlu eleman hesaplama simülasyonu.
Şekil 5: a) MOSFET alan etkili transistörlerin çeşitli konfigürasyonları; b) FinFE cihazlarının kanat genişliğinin geliştirme geçmişi.
Kaynak: Metal Araştırmaları Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
