Dvodimenzionalni (2D) poluprovodnički materijali imaju različite optoelektronske osobine koje bi mogle biti korisne za razvoj ultra tankih i podesivih elektronskih komponenti. Uprkos njihovim potencijalnim prednostima u odnosu na poluprovodnike u rasutom stanju, optimalno povezivanje ovih materijala sa dielektricima kapije do sada se pokazalo izazovnim, što je često rezultiralo zamkama međufaza koje brzo degradiraju performanse tranzistora.
Istraživači sa Univerziteta King Abdullah za nauku i tehnologiju (KAUST), Univerziteta Soochov i drugih instituta širom sveta nedavno su predstavili pristup koji bi mogao da omogući proizvodnju tranzistora boljih performansi zasnovanih na 2D poluprovodnicima. Njihov predloženi dizajn, naveden u radu u Nature Electronics, podrazumeva upotrebu heksagonalnih bor nitrida (h-BN) dielektrika i metalnih elektroda sa visokom kohezivnom energijom.
„U početku smo otkrili da kada koristimo platinu (Pt) kao anodu, manja je verovatnoća da će h-BN stek izazvati kvar dielektrika“, rekao je Iaking Shen, prvi autor rada, za Tech Ksplore. „Na osnovu ovog nalaza, osmislili smo naše eksperimente i otkrili da Pt/h-BN slojevi kapije pokazuju 500 puta nižu struju curenja od Au/h-BN skupova kapija i pokazuju visoku dielektričnu čvrstoću od najmanje 25 MV/cm. Ovo dao nam je ideju da koristimo CVD h-BN kao dielektrik kapije u 2D tranzistorima.“
Shen, prof. Mario Lanza i njihove kolege su proizveli preko 1.000 uređaja koristeći hemijsku paru deponovanu h-BN kao dielektrike. Kada su procenili ove uređaje, otkrili su da su dielektrici h-BN kapija najbolje kompatibilni sa metalima visoke kohezivne energije, kao što su Pt i volfram (V).
„Da bismo proizveli tranzistore sa vertikalnom strukturom Pt/h-BN/MoS 2, počeli smo čišćenjem SiO 2/Si supstrata koristeći ultrazvučne kupke u acetonu, alkoholu i dejonizovanoj vodi“, objasnio je Shen. „Izvorne i odvodne elektrode (Ti/Au) su na ovoj podlozi oblikovane pomoću litografije elektronskog snopa i deponovane taloženjem e-zraka. Nakon toga, MoS 2 je eksfolijan sa prirodnog kristala i prebačen na ove elektrode da bi se formirao kanal. CVD h -BN film je prebačen preko ove strukture mokrim transferom.“
Kao poslednji korak u procesu proizvodnje tranzistora, istraživači su kreirali elektrodu Pt kapije koristeći litografiju elektronskog snopa, a zatim je deponovali koristeći tehniku poznatu kao isparavanje e-zraka. Čist van der Valsov interfejs između MoS 2 i h-BN u timskom tranzistoru poboljšava njegovu pouzdanost i performanse, minimizirajući defekte i poboljšavajući kontrolu kapije.
„Otkrili smo da suprotno verovanju da je CVD h-BN loš dielektrik kapije, odabir pravih metalnih elektroda omogućava njegovu efikasnu upotrebu u tranzistorima sa efektom polja sa MoS 2 kanalima“, rekao je Shen. „MoS 2 i h-BN formiraju čist van der Valsov interfejs, koji povećava pouzdanost. Naši nalazi pokazuju da korišćenje metala visoke kohezivne energije poput Pt i V čini CVD h-BN efikasnim dielektrikom kapije u 2D tranzistorima.“
Pristup ovog istraživačkog tima proizvodnji 2D tranzistora zasnovanih na poluprovodnicima je do sada bio veoma obećavajući, smanjujući curenje struja i omogućavajući visoku dielektričnu čvrstoću od najmanje 25 MV cm -1. Početni testovi su otkrili da elektrode kapije zasnovane na Pt i V smanjuju struju curenja kroz h-BN dielektrike za faktor od približno 500 u poređenju sa sličnim tranzistorima sa zlatnim (Au) elektrodama.
Nedavni rad Shen i njenih kolega mogao bi olakšati upotrebu 2D materijala za proizvodnju pouzdanih mikroelektronskih kola i uređaja u čvrstom stanju. Druge istraživačke grupe bi uskoro mogle da istraže slične pristupe i materijale, što bi moglo dovesti do razvoja daljih visokoučinkovitih 2D poluprovodničkih uređaja.
„Kao sledeći korak u našem istraživanju, planiramo da razvijemo ultra-male (nanoskale), potpuno 2D tranzistore kako bismo pomogli da se proširi Murov zakon“, dodao je Šen. „Takođe želimo da rešimo probleme sa kontaktom između 2D kanala i elektroda kako bismo poboljšali performanse uređaja.“
