Los ingenieros electrónicos y los científicos de materiales han estado tratando de identificar materiales que podrían ayudar a mejorar aún más el rendimiento de la electrónica, superando las limitaciones inherentes de los transistores basados ​​en silicio.Los semiconductores bidimensionales (2D) tienen propiedades ventajosas que los convierten en candidatos prometedores para el desarrollo de transistores de mejor rendimiento.

En particular, los semiconductores 2D son atómicamente gruesos y exhiben altas movilidades de portadores, dos cualidades que podrían mejorar el control electrostático y el rendimiento en estado ON de los transistores de efecto de campo (FET) de canal corto.A pesar de sus ventajas, estos materiales exhiben altas resistencias de contacto relacionadas con los llamados efectos de fijación de nivel Fermi, que reducen significativamente su rendimiento en transistores.

Investigadores de la Universidad de Pekín y la Academia de Ciencias de China introdujeron recientemente una nueva estrategia de dopaje con itrio que podría ayudar a superar esta limitación clave de los semiconductores 2D, facilitando su integración efectiva en la electrónica.

Esta estrategia, descrita en unpapelpublicado enElectrónica de la naturaleza, puede convertir disulfuro de molibdeno semiconductor (MoS₂) en MoS metálico₂, mejorando la alineación de la banda y facilitando el uso de MoS₂para fabricar contactos óhmicos para transistores 2D.

"Colocamos una capa semimetálica entre unelectrodo metálicoy un bidimensionalsemiconductor", Chenguang Qiu, coautor del artículo, dijo a Tech Xplore. "Esta capa semimetálica mejora la eficiencia de la inyección del portador desde el electrodo metálico al semiconductor bidimensional.Esta idea está inspirada en la estructura tradicional de siliciuro de los transistores basados ​​en silicio".

El objetivo clave del reciente estudio de Qiu y sus colegas fue abordar la cuestión de los efectos de fijación del nivel de Fermi en la interfaz entre el metal y las capas de semiconductores 2D en transistores 2D.Este es un obstáculo crítico en el desarrollo de la electrónica 2D, que hasta ahora ha impedido su futura fabricación a gran escala.

"Hemos desarrollado el método de recocido por deposición de plasma (PDA) para lograr el dopaje con itrio en la capa superficial de MoS₂", dijo Qiu. "Primero, las áreas de contacto locales modeladas fueron tratadas conbaja potenciaplasma blando para generarsitios activos.A continuación, se depositó un metal apilado Y/Ti/Au y se utilizó el metal activo Y de 1 nm de espesor como fuente de dopaje en estado sólido".

Los átomos de Y utilizados para dopar MoS.₂difunde en los sitios activos generados usando plasma de baja potencia.Luego, los investigadores los activaron en la capa superior del material, utilizando recocido a alta temperatura en un ambiente de gas inerte.

"Debido a la preparación de estructuras con patrones hiperfinos, la gran estabilidad térmica después del recocido y la naturaleza totalmente de estado sólido, este proceso de dopaje con PDA es compatible con la integración de nodos avanzados a escala de oblea", dijo Qiu.

En su artículo, los investigadores introdujeron un nuevo concepto, al que se refieren como "transición de fase 2D inducida por dopaje con itrio, elemento de tierras raras".Esta transición de fase es esencialmente la metalización que observaron cuando aplicaron su estrategia de dopaje con itrio al MoS.2._{Más información:}Jianfeng Jiang et al, Metalización de disulfuro de molibdeno inducida por dopaje con itrio para contactos óhmicos en transistores bidimensionales,

Nueva estrategia de dopaje con itrio mejora los transistores 2D (2024, 25 de junio)