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Aug 01, 2023

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Zusammenfassung Hochleistungsfähige zweidimensionale (2D) Transistoren vom p-Typ sind für die 2D-Nanoelektronik von grundlegender Bedeutung. Es fehlt jedoch eine zuverlässige Methode zur Erstellung hochwertiger, großräumiger p-Typ-2D-Bilder

Abstrakt

Hochleistungsfähige zweidimensionale (2D) Transistoren vom p-Typ sind für die 2D-Nanoelektronik von grundlegender Bedeutung. Das Fehlen einer zuverlässigen Methode zur Herstellung hochwertiger, großformatiger p-Typ-2D-Halbleiter und eines geeigneten Metallisierungsprozesses stellt jedoch wichtige Herausforderungen dar, die für zukünftige Entwicklungen auf diesem Gebiet angegangen werden müssen. Hier berichten wir über die Herstellung skalierbarer 2D-einkristalliner 2H-MoTe2-Transistor-Arrays vom p-Typ mit auf Fermi-Niveau abgestimmten 1T'-Phasen-Halbmetallkontaktelektroden. Durch die Umwandlung von polykristallinem 1T'-MoTe2 in 2H-Polymorph durch abnormales Kornwachstum haben wir 4-Zoll-2H-MoTe2-Wafer mit extrem großen einkristallinen Domänen und räumlich kontrollierten einkristallinen Arrays bei niedriger Temperatur (~500 °C) hergestellt. . Darüber hinaus demonstrieren wir On-Chip-Transistoren durch lithografische Strukturierung und schichtweise Integration von 1T'-Halbmetallen und 2H-Halbleitern. Die Austrittsarbeitsmodulation von 1T'-MoTe2-Elektroden wurde durch die Abscheidung von 3D-Metall (Au)-Pads erreicht, was zu einem minimalen Kontaktwiderstand (~0,7 kΩ·μm) und einer Schottky-Barrierehöhe nahe Null (~14 meV) der Verbindungsschnittstelle führte Dies führt zu einem hohen Durchlassstrom (~7,8 μA/μm) und einem Ein/Aus-Stromverhältnis (~105) in den 2H-MoTe2-Transistoren.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Soon-Yong Kwon vom Department of Materials Science and Engineering und der Graduate School of Semiconductor Materials and Devices Engineering an der UNIST hat einen bedeutenden Durchbruch bei der Herstellung von Hochleistungs-Halbleiterbauelementen vom p-Typ unter Verwendung von Molybdän-Tellur erzielt Verbindungshalbleiter (MoTe2). Diese bahnbrechende Technologie ist vielversprechend für die Anwendung in der CMOS-Industrie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) der nächsten Generation, in der ultrafeine Technologie von entscheidender Bedeutung ist.

CMOS-Geräte basieren auf der komplementären Verbindung von p-Typ- und n-Typ-Halbleitern. CMOS-Geräte sind für ihren geringen Stromverbrauch bekannt und werden häufig in alltäglichen elektronischen Geräten wie PCs und Smartphones eingesetzt. Während CMOS auf Siliziumbasis weit verbreitet ist, besteht aufgrund ihrer dünnen Struktur ein wachsendes Interesse an zweidimensionalen Materialien als potenzielle Kandidaten für zukünftige Halbleiter. Bei der Bildung dreidimensionaler Metallelektroden auf diesen Materialien treten jedoch während des Herstellungsprozesses Herausforderungen auf, die zu verschiedenen Defekten an der Grenzfläche führen.

Bei diesem Forschungsvorhaben, das von Professor Kwons Team zusammen mit dem Team von Professor Lee Jong-hoon geleitet wurde, konzentrierten sie sich auf die Entwicklung leistungsstarker Halbleiterbauelemente vom p-Typ unter Verwendung von MoTe2 – einer Verbindung, die bekanntermaßen einzigartige Eigenschaften aufweist. Mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), die die Bildung dünner Filme durch chemische Reaktionen ermöglicht, konnten sie erfolgreich großflächige 4-Zoll-MoTe2-Wafer mit hoher Reinheit synthetisieren.

Die entscheidende Innovation liegt in der Steuerung der Austrittsarbeit durch die Abscheidung eines dreidimensionalen Metalls auf einem zweidimensionalen Halbmetall, wodurch Barriereschichten effektiv moduliert werden, die das Eindringen von Ladungsträgern verhindern. Darüber hinaus nutzt dieser Ansatz dreidimensionale Metalle, die als Schutzfilme für zweidimensionale Metalle fungieren, was zu verbesserten Erträgen führt und die Implementierung von Transistor-Array-Geräten ermöglicht.

„Die Bedeutung unserer Forschung geht über MoTe2 hinaus“, erklärte Sora Jang (Combined MS/PhD Program in Materials Science and Engineering, UNIST). „Die entwickelte Geräteherstellungsmethode kann auf verschiedene zweidimensionale Materialien angewendet werden und öffnet Türen für weitere Fortschritte auf diesem Gebiet.“

Diese Studie wurde gemeinsam von Professor Soon-Yong Kwon (Co-korrespondierender Autor), Professor Zonghoon Lee (Co-korrespondierender Autor) von der Abteilung für Materialwissenschaften an der UNIST und Dr. Seunguk Song (Co-Erstautor) von durchgeführt University of Pennsylvania, Dr. Aram Yoon (Co-Erstautor) und Sora Jang (Co-Erstautor).

Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung wurden vor ihrer offiziellen Veröffentlichung in der Online-Version von Nature Communications am 7. August 2023 veröffentlicht. Diese Studie wurde durch die Forschungsfonds 2020 von UNIST, Institute for Basic Science und National Research Foundation unterstützt ( NRF) von Korea, finanziert vom Ministerium für Wissenschaft, IKT (MSIT).

Zeitschriftenreferenz

Seunguk Song, Aram Yoon, Sora Jang, et al., „Fabrication of p-type 2D Single-Crystal Transistor Arrays with Fermi-Level-Tuned Van-der-Waals Semimetal Electrodes“, Nat. Komm., (2023).