Uus yttrium dopingutehnoloogia läbimurre 2D transistori piirangud
Traditsiooniline ränipõhine tehnoloogia läheneb oma füüsilisele piirile alam -3 nm sõlme ja integreeritud vooluahelate edasise skaleerimise saavutamiseks on hädasti vaja uusi pooljuhtmaterjale. Kahemõõtmelised pooljuhid, millel on nende aatomiliselt õhukese struktuuri ja kõrge liikuvuse eelised, saavad suurepärase elektrostaatilise juhtimise ja olekukarakteristikud ülipõhjakanali transistorides. Neid peetakse sub -1 nm tehnoloogiasõlmedes integreeritud vooluahela krõpsude potentsiaalseteks materjalideks ja nad on pälvinud suurt tähelepanu juhtivatele ülemaailmsetele pooljuhtide kiibiettevõtetele ja teadusasutustele (nagu Intel, TSMC, Samsung ja Euroopa mikroelektronite keskus) . Kahemõõtmelised transistorid seisavad aga silmitsi tõsise metalli-semikuditega kontakti Fermi kinnitusega, mis piirab oluliselt kahemõõtmeliste transistoride jõudlust. Seetõttu on suure jõudlusega ballistiliste transistoride valmistamisel võtmetegur, kuidas saavutada kahemõõtmeliste pooljuhtide ja metallielektroodide vahel oomilist kontakti. Lisaks põhinevad praegu rahvusvaheliselt saavutatud suure jõudlusega kahemõõtmelised transistorid enamasti mehaanilisel koorimisel või sentimeetri skaalal kahemõõtmelistel üksikkristallidel. Kuidas saavutada vahvli tasemel kahemõõtmelistel pooljuhtidel põhinevate suure jõudlusega transistoride laiaulatuslik ettevalmistamine on kahemõõtmelise elektroonika edendamisel laborist tööstuslikule rakendusele (labor-fab) edendamisel peamine väljakutse.
Hiljuti pakkusid Pekingi ülikooli elektroonikakoolist pärit akadeemiku Peng Lianmao ja teadlase Qiu Chenguangi juhitud uurimisrühm välja kahemõõtmelises pooljuhtide integreerimisprotsessis "haruldaste muldmetallide yttrium indutseeritud faasimuutuste teooria" ja leiutas "aatomitasemel Täppis selektiivne dopingutehnoloogia ", purustades inseneripiirangu, et traditsioonilise ioonide implantatsiooni ristmiku sügavus ei saa olla väiksem kui 5 nanomeetrit. Esmakordselt lükati allika ja äravoolu valimispiirkonna dopingusügavus 0 piirini. 5 aatomikihi 5 nanomeetrit ja ülikergekanaliga ballistilisi transistoreid valmistati suures mahus Kahemõõtmelised pooljuhtide vahvlid, saavutades ideaalsed oomilised kontaktid ja lülitusomadused, millel on potentsiaal luua tulevane alam -1 nanomeetri tehnoloogia sõlme kiibid suurema jõudlusega ja madalama energiatarbimisega. Asjakohased uurimistulemused avaldati veebis ajakirjas Nature Electronics 27. mail 2024 pealkirjaga "Yttruim-dopingust põhjustatud molübdeeni disulfiidi metalliseerumine oomiliste kontaktide jaoks kahemõõtmelistes transistorites".
See uurimistöö on saavutanud järgmised neli tehnilist uuendust:
1. teerajajaks oli "haruldaste muldmetalli element indutseeritud kahemõõtmelise metallistamise teooria".
See tehnoloogia muudab kahemõõtmelise pooljuhi kontaktpiirkonnas kahemõõtmeliseks metalliks, indutseerides Yttrium aatomi dopingut. Seda kahemõõtmelist metalli kasutatakse puhverkihina metalli ja pooljuhtide vahel, et suruda liidese fermi pindamise efekti maha. Puhverkiht toimib "sillana", et tõhusalt parandada kandjate ülekande efektiivsust metallist pooljuhti. Ytrium Atom Doping reguleerib tõhusalt kahemõõtmelise metalli Fermi taseme positsiooni, et saavutada seadme ideaalne riba joondamine ja oomiline kontakt, ületades sisemise kahemõõtmelise faasi üleminekule omase Schottky barjääri teadusliku väljakutse.
Joonis 1 ühe aatomikihi dopingust põhjustatud kahemõõtmelise metalliseeritud OHMIC kontakttehnoloogia teoreetiline illustratsioon
Teiseks leiutati "aatomitasandiga kontrollitav täpne dopingutehnoloogia". Kolmeastmeline aatomitasemel dopinguprotsess ultra-madala võimsusega pehmest plasma-allikast aktiivse metalli ladestumise-vacuumi lõõmutamisel oli ette nähtud tahkis ja süstimiseks tahkis-allika dopant-yttrium aatomid peenelt mustrilistesse kahemõõtmelisse kontaktpinnasse . See uus kontakti dopingustrateegia ühildub 1NM -i tehnoloogiasõlme litograafiaprotsessiga.
Joonis 2 aatomitaseme dopingust põhjustatud kahemõõtmelise metalliseerumise süstemaatiline iseloomustus
Kolmandaks, ideaalne oomiline kontakt saavutatakse vahvli tasemel kahemõõtmelistes pooljuhtides. Kontakttakistus lükatakse kvantteoreetilisele piirile, kogu seadme takistus on nii madal kui 235Ω · μM ja statistilise ülekandeliini meetod (TLM) Keskmine kontakttakistus on ainult 69 ± 13Ω · μm, mis vastab rahvusvaheliste nõuetele, mis vastavad rahvusvahelistele nõuetele. Pooljuhtide tehnoloogia tegevuskava transistoride vastupidavuse jaoks tulevastes integreeritud vooluringide sõlmedes.
Joonis 3 Seadme struktuur ja kaheväravaga 10nm ultra-lühikese kanali kahemõõtmelise transistori oomkontakti iseloomustus
Neljandaks demonstreerib see suurepäraseid põhjalikke elektrilisi omadusi suuremahuliste ülikergete kanaliga kahemõõtmeliste transistorimassiivide korral. See näitab ideaalset lülituskäitumist ja suudab lühikese kanali efekti tõhusalt maha suruda. Toatemperatuuri ballistilise kiirus on koguni 79%, keskmine alaläve SS-i ss nelja-magnituudi vooluvahemikus on 67 mV/dets; keskmine oleku voolutihedus on sama kõrge kui 0. 84mA/μm; Maksimaalne transonduktiivsus suurendatakse 3,2 ms/μm-ni, mis on peaaegu suurusjärku suurem kui teistel sarnastel kahemõõtmelistel TMDS-seadmetel.
Joonis 4 Ultra-lühikese kanali kahemõõtmelise transistori skaala massiivi elektrilised omadused
See töö selgitab haruldase maakera elemendi yttrium-legeeritud kahemõõtmelise faasi muutmise tehnoloogia füüsilise mehhanismi vaatenurgast ja näitab suuremahulise vahvli tasemel ettevalmistamise teostatavust suure jõudlusega kahemõõtmeliste transistoride. Seadme peamised elektroonilised parameetrid vastavad täiustatud sõlme integreeritud vooluahelate nõuetele, mis näitavad kahemõõtmeliste pooljuhtide jõudluspotentsiaali tulevastes sõlmede integreeritud vooluahela rakendustes ning pakkudes olulist teoreetilist viidet ja eksperimentaalset alust kahemõõtmelise elektroonika edendamiseks laborist tööstusele tööstusele. (Labor-fab).
(Päritolu: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)