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Aug 01, 2023

P.

Résumé Les transistors bidimensionnels (2D) de type p hautes performances sont fondamentaux pour la nanoélectronique 2D. Cependant, l’absence d’une méthode fiable pour créer des images 2D de type p à grande échelle et de haute qualité

Abstrait

Les transistors bidimensionnels (2D) de type p hautes performances sont fondamentaux pour la nanoélectronique 2D. Cependant, l’absence d’une méthode fiable pour créer des semi-conducteurs 2D de type p à grande échelle et de haute qualité et d’un processus de métallisation approprié représente des défis importants qui doivent être relevés pour les développements futurs du domaine. Nous rapportons ici la fabrication de réseaux de transistors 2D monocristallins 2H-MoTe2 de type p évolutifs avec des électrodes de contact semi-métalliques en phase 1T' accordées au niveau de Fermi. En transformant le polycristallin 1T'-MoTe2 en polymorphe 2H via une croissance anormale des grains, nous avons fabriqué des tranches de 4 pouces 2H-MoTe2 avec des domaines monocristallins ultra-larges et des réseaux monocristallins à contrôle spatial à basse température (~ 500 °C). . De plus, nous démontrons des transistors sur puce par modélisation lithographique et intégration couche par couche de semi-métaux 1T' et de semi-conducteurs 2H. La modulation du travail des électrodes 1T'-MoTe2 a été obtenue en déposant des tampons métalliques (Au) 3D, ce qui a entraîné une résistance de contact minimale (~ 0,7 kΩ · μm) et une hauteur de barrière Schottky proche de zéro (~ 14 meV) de l'interface de jonction, et conduisant à un courant à l'état passant élevé (~ 7,8 μA/μm) et à un rapport de courant marche/arrêt (~ 105) dans les transistors 2H-MoTe2.

Une équipe de recherche, dirigée par le professeur Soon-Yong Kwon du Département de science et d'ingénierie des matériaux et de l'École supérieure d'ingénierie des matériaux et dispositifs semi-conducteurs de l'UNIST, a réalisé une percée significative dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs de type p haute performance utilisant du tellure de molybdène. semi-conducteurs composés (MoTe2). Cette technologie pionnière est très prometteuse pour une application dans l’industrie des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) de nouvelle génération, où la technologie ultrafine est cruciale.

Les dispositifs CMOS sont basés sur la liaison complémentaire de semi-conducteurs de type p et de type n. Connus pour leur faible consommation d’énergie, les dispositifs CMOS sont largement utilisés dans les appareils électroniques du quotidien tels que les PC et les smartphones. Alors que le CMOS à base de silicium est répandu, les matériaux bidimensionnels en tant que candidats potentiels pour les futurs semi-conducteurs suscitent un intérêt croissant en raison de leur structure mince. Cependant, des défis surviennent au cours du processus de fabrication lors de la formation d’électrodes métalliques tridimensionnelles sur ces matériaux, entraînant divers défauts à l’interface.

Dans ce projet de recherche dirigé par l'équipe du professeur Kwon et celle du professeur Lee Jong-hoon, ils se sont concentrés sur le développement de dispositifs semi-conducteurs de type p hautes performances utilisant MoTe2, un composé connu pour présenter des propriétés uniques. En utilisant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui permet la formation de films minces par le biais de réactions chimiques, ils ont réussi à synthétiser des tranches de MoTe2 de grande surface de 4 pouces avec une grande pureté.

L'innovation clé réside dans le contrôle de la fonction de travail en déposant un métal tridimensionnel sur un semi-métal bidimensionnel, modulant efficacement des couches barrières qui empêchent les porteurs de charge d'entrer. De plus, cette approche exploite des métaux tridimensionnels agissant comme des films protecteurs pour les métaux bidimensionnels, ce qui entraîne des rendements améliorés et permet la mise en œuvre d'un dispositif à réseau de transistors.

"L'importance de nos recherches s'étend au-delà de MoTe2", a expliqué Sora Jang (programme combiné MS/PhD en science et ingénierie des matériaux, UNIST). "La méthode de fabrication de dispositifs développée peut être appliquée à divers matériaux bidimensionnels, ouvrant ainsi la porte à de nouveaux progrès dans ce domaine."

Cette étude a été réalisée conjointement par le professeur Soon-Yong Kwon (co-auteur correspondant), le professeur Zonghoon Lee (co-auteur correspondant) du Département de science des matériaux de l'UNIST, le Dr Seunguk Song (co-premier auteur) du Université de Pennsylvanie, Dr Aram Yoon (co-premier auteur) et Sora Jang (co-premier auteur).

Les résultats de cette recherche révolutionnaire ont été publiés avant leur publication officielle dans la version en ligne de Nature Communications le 7 août 2023. Cette étude a été soutenue par les fonds de recherche 2020 de l'UNIST, de l'Institut des sciences fondamentales et de la National Research Foundation ( NRF) de Corée, financé par le ministère des Sciences et des TIC (MSIT).