2차원(2D) 반도체 재료는 매우 얇고 조정 가능한 전자 부품 개발에 유리할 수 있는 독특한 광전자 특성을 가지고 있습니다.벌크 반도체에 비해 잠재적인 이점에도 불구하고 이러한 재료를 게이트 유전체와 최적으로 인터페이싱하는 것은 지금까지 어려운 것으로 입증되었으며 종종 트랜지스터 성능을 빠르게 저하시키는 계면 트랩이 발생합니다.

King Abdullah University of Science and Technology(KAUST), Soochow University 및 기타 전세계 연구소의 연구원들은 최근 2D 반도체를 기반으로 더 나은 성능의 트랜지스터를 제작할 수 있는 접근 방식을 도입했습니다.그들이 제안한 디자인,설명한 종이에자연 전자, 높은 응집 에너지를 갖는 육방정계 질화붕소(h-BN) 유전체와 금속 게이트 전극의 사용을 수반합니다.

"처음에 우리는 백금(Pt)을 양극으로 사용할 때 h-BN 스택이 트리거될 가능성이 적다는 것을 발견했습니다.유전체논문 제1저자인 Yaqing Shen은 Tech Xplore에 "이 발견을 바탕으로 실험을 설계했으며 Pt/h-BN 게이트 스택이 Au/h-BN 게이트보다 500배 낮은 누설 전류를 보인다는 사실을 발견했습니다"라고 말했습니다.적층되어 최소 25MV/cm의 높은 유전 강도를 나타냅니다.이는 우리에게 2D 트랜지스터의 게이트 유전체로 CVD h-BN을 사용하는 아이디어를 제공했습니다."

Shen, Mario Lanza 교수 및 동료들은 화학 기상 증착 h-BN을 유전체로 사용하여 1,000개가 넘는 장치를 제작했습니다.이들 장치를 평가한 결과, h-BN 게이트 유전체가 Pt 및 텅스텐(W)과 같은 응집력이 높은 금속과 가장 잘 호환된다는 사실을 발견했습니다.

"수직 Pt/h-BN/MoS 트랜지스터를 제작하려면₂구조, 우리는 SiO를 청소하는 것으로 시작했습니다.₂/Si 기판은 아세톤, 알코올 및 탈이온수에서 초음파 수조를 사용합니다."라고 Shen은 설명했습니다. "소스 및 드레인 전극(Ti/Au)은 다음을 사용하여 이 기판에 패턴화되었습니다.전자빔 리소그래피그리고 전자빔 증착으로 증착합니다.그 후, MoS₂천연 결정에서 박리되어 이 전극으로 옮겨져 채널을 형성했습니다.CVD h-BN 필름은 습식 전사를 통해 이 구조 위에 전사되었습니다."

연구진은 트랜지스터 제조 공정의 마지막 단계로 Pt 게이트를 패턴화했습니다.전극전자빔 리소그래피를 사용한 다음 e-빔 증발이라고 알려진 기술을 사용하여 증착했습니다.MoS 사이의 깨끗한 반 데르 발스 인터페이스₂연구팀의 트랜지스터에 사용된 h-BN은 신뢰성과 성능을 향상시켜 결함을 최소화하고 게이트 제어를 향상시킵니다.

"우리는 CVD h-BN이 열악한 게이트 유전체라는 믿음과 달리 올바른 금속 전극을 선택하면 다음 분야에서 효과적으로 사용할 수 있다는 것을 발견했습니다.전계 효과 트랜지스터MoS와 함께₂채널"이라고 Shen이 말했습니다. "MoS₂h-BN은 깔끔한 반 데르 발스 인터페이스를 형성하여 신뢰성을 향상시킵니다.우리 연구 결과는 Pt 및 W와 같은 응집력이 높은 금속을 사용하면 CVD h-BN이 2D 트랜지스터에서 효과적인 게이트 유전체가 된다는 것을 보여줍니다."

2D 반도체 기반 트랜지스터를 제조하기 위한 본 연구팀의 접근 방식은 지금까지 전류 누출을 줄이고 최소 25MVcm의 높은 유전 강도를 가능하게 하는 등 매우 유망한 것으로 밝혀졌습니다.^-1.초기 테스트에서는 Pt 및 W 기반 게이트 전극이 금(Au) 전극을 사용하는 유사한 트랜지스터에 비해 h-BN 유전체 전체의 누설 전류를 약 500배 감소시키는 것으로 나타났습니다.

Shen과 그녀의 동료들의 최근 연구는 신뢰할 수 있는 고체 마이크로 전자 회로 및 장치를 제조하기 위해 2D 재료의 사용을 촉진할 수 있습니다.다른 연구 그룹도 곧 유사한 접근 방식과 재료를 탐색할 수 있으며, 이는 더욱 뛰어난 성능의 2D 반도체 기반 장치의 개발로 이어질 수 있습니다.

"우리 연구의 다음 단계로 우리는 무어의 법칙을 확장하는 데 도움이 되는 초소형(나노규모) 완전 2D 트랜지스터를 개발할 계획입니다"라고 Shen은 덧붙였습니다."우리는 또한 2D 채널과 전극 사이의 접촉 문제를 해결하여 장치 성능을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다."

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