Los materiales semiconductores bidimensionales (2D) tienen propiedades optoelectrónicas distintas que podrían resultar ventajosas para el desarrollo de componentes electrónicos ultrafinos y sintonizables.A pesar de sus ventajas potenciales sobre los semiconductores a granel, interconectar de manera óptima estos materiales con dieléctricos de compuerta hasta ahora ha resultado un desafío, lo que a menudo resulta en trampas interfaciales que degradan rápidamente el rendimiento de los transistores.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), la Universidad de Soochow y otros institutos de todo el mundo introdujeron recientemente un enfoque que podría permitir la fabricación de transistores de mejor rendimiento basados ​​en semiconductores 2D.Su diseño propuesto,delineadoen un papel enElectrónica de la naturaleza, implica el uso de dieléctricos de nitruro de boro hexagonal (h-BN) y electrodos de compuerta metálica con una alta energía cohesiva.

"Inicialmente, descubrimos que cuando usamos platino (Pt) como ánodo, es menos probable que la pila h-BN activedieléctricoruptura", dijo Yaqing Shen, primer autor del artículo, a Tech Xplore. "Basándonos en este hallazgo, diseñamos nuestros experimentos y descubrimos que las pilas de compuertas Pt/h-BN muestran una corriente de fuga 500 veces menor que las de compuertas Au/h-BN.se apilan y exhiben una alta rigidez dieléctrica de al menos 25 MV/cm.Esto nos dio la idea de utilizar CVD h-BN como dieléctrico de puerta en transistores 2D".

Shen, el profesor Mario Lanza y sus colegas fabricaron más de 1.000 dispositivos utilizando h-BN depositado con vapor químico como dieléctricos.Cuando evaluaron estos dispositivos, descubrieron que los dieléctricos de puerta h-BN eran más compatibles con metales de alta energía cohesiva, como el Pt y el tungsteno (W).

"Para fabricar transistores con un Pt/h-BN/MoS vertical₂estructura, comenzamos limpiando un SiO₂/Si usando baños ultrasónicos en acetona, alcohol y agua desionizada", explicó Shen. "Los electrodos de fuente y drenaje (Ti/Au) se modelaron en este sustrato usandolitografía por haz de electronesy depositado por deposición de haz de electrones.Posteriormente, MoS₂fue exfoliado de un cristal natural y transferido a estos electrodos para formar el canal.La película CVD h-BN se transfirió sobre esta estructura mediante transferencia húmeda".

Como último paso en el proceso de fabricación de transistores, los investigadores modelaron la puerta Pt.electrodoutilizando litografía por haz de electrones y luego lo depositó mediante una técnica conocida como evaporación por haz de electrones.La interfaz limpia de Van der Waals entre MoS₂y h-BN en el transistor del equipo mejora su confiabilidad y rendimiento, minimizando defectos y mejorando el control de la puerta.

"Descubrimos que, contrariamente a la creencia de que CVD h-BN es un dieléctrico de puerta deficiente, seleccionar los electrodos metálicos adecuados permite su uso eficaz entransistores de efecto de campocon MoS₂canales", dijo Shen. "MoS₂y h-BN forman una interfaz limpia de van der Waals, lo que mejora la confiabilidad.Nuestros hallazgos muestran que el uso de metales de alta energía cohesiva como Pt y W convierte al CVD h-BN en un dieléctrico de puerta eficaz en transistores 2D".

Hasta ahora se ha descubierto que el enfoque de este equipo de investigación para fabricar transistores basados ​​en semiconductores 2D es muy prometedor, ya que reduce la fuga de corrientes y permite una alta rigidez dieléctrica de al menos 25 MV·cm.^-1.Las pruebas iniciales revelaron que los electrodos de compuerta basados ​​en Pt y W redujeron la corriente de fuga a través de los dieléctricos h-BN en un factor de aproximadamente 500 en comparación con transistores similares con electrodos de oro (Au).

El trabajo reciente de Shen y sus colegas podría facilitar el uso de materiales 2D para fabricar circuitos y dispositivos microelectrónicos de estado sólido confiables.Otros grupos de investigación pronto podrían explorar enfoques y materiales similares, lo que podría conducir al desarrollo de más dispositivos basados ​​en semiconductores 2D de alto rendimiento.

"Como siguiente paso en nuestra investigación, planeamos desarrollar transistores ultrapequeños (nanoescala) totalmente 2D para ayudar a ampliar la Ley de Moore", añadió Shen."También pretendemos resolver los problemas de contacto entre los canales 2D y los electrodos para mejorar el rendimiento del dispositivo".

© 2024 Red Ciencia X