Une nouvelle limitation du transistor 2D de la technologie du dopage de doping yttrium
La technologie traditionnelle à base de silicium approche de sa limite physique au nœud sub -3 nm, et de nouveaux matériaux semi-conducteurs sont urgents pour obtenir une mise à l'échelle supplémentaire des circuits intégrés. Les semi-conducteurs bidimensionnels, avec leur structure atomiquement mince et leurs avantages à mobilité réduite, peuvent obtenir un excellent contrôle électrostatique et des caractéristiques à l'état dans les transistors de canaux ultra-court. Ils sont considérés comme des matériaux de canal potentiels pour les puces de circuit intégrées aux nœuds technologiques sub -1 nm et ont reçu une grande attention des principales sociétés mondiales de puces semi-conductrices et des institutions de recherche (telles que Intel, TSMC, Samsung et le Centre européen de microélectronique) . Cependant, les transistors bidimensionnels sont confrontés à des effets de pinage Fermi à contact métal-semi-conducteur sérieux, ce qui restreint considérablement les performances de transistors bidimensionnels. Par conséquent, la façon d'atteindre le contact ohmique entre les semi-conducteurs bidimensionnels et les électrodes métalliques est un facteur clé dans la préparation de transistors balistiques à haute performance. De plus, les transistors bidimensionnels à haute performance actuellement atteints à l'international sont principalement basés sur une exfoliation mécanique ou des monocristaux bidimensionnels à l'échelle des centimètres. Comment réaliser une préparation à grande échelle de transistors à haute performance basés sur des semi-conducteurs bidimensionnels au niveau des versafers est le défi central de promouvoir l'électronique bidimensionnelle de l'application de laboratoire à industriel (laboratoire à FAB).
Récemment, le groupe de recherche dirigé par les académiciens Peng Lianmao et le chercheur Qiu Chenguang de l'École d'électronique de l'Université de Pékin, a proposé la "théorie du changement de phase induit par l'yttrium" dans le processus d'intégration de semi-conducteurs à deux dimensions, et a inventé le "niveau atomique de niveau atomique et a inventé le" niveau atomique Technologie de dopage sélective de précision ", franchissant la limitation de l'ingénierie que la profondeur de la jonction de l'implantation ionique traditionnelle ne peut pas être inférieure à 5 nanomètres. Pour la première fois, la profondeur de dopage de la zone de sélection de la source et du drain a été poussée à la limite de 0. 5 nanomètres de la couche atomique unique, et des transistors balistiques de canaux ultra-court ont été préparés à grande échelle en fonction de Les tranches de semi-conducteurs bidimensionnelles, réalisant des contacts ohmiques et des caractéristiques de commutation idéaux, qui ont le potentiel de créer des puces de nœuds de technologie nanométriques Nanomètre futurs avec des performances plus élevées et une consommation d'énergie plus faible. Les résultats de la recherche pertinents ont été publiés en ligne dans Nature Electronics le 27 mai 2024 sous le titre "Métallisation induite par le doping YTTRUIM du disulfure de molybdène pour les contacts ohmiques dans des transistors bidimensionnels".
Ce travail de recherche a réalisé les quatre innovations techniques suivantes:
1. La "théorie de la métallisation bidimensionnelle induite par l'élément rare a été lancée.
Cette technologie transforme le semi-conducteur bidimensionnel dans la zone de contact en un métal bidimensionnel en induisant le dopage de l'atome de yttrium. Ce métal bidimensionnel est utilisé comme couche de tampon entre le métal et le semi-conducteur pour supprimer l'effet d'épinglage de Fermi à l'interface. La couche tampon agit comme un "pont" pour améliorer efficacement l'efficacité de transmission des porteurs du métal au semi-conducteur. Le dopage des atomes d'yttrium régule efficacement la position du niveau de Fermi du métal bidimensionnel pour atteindre l'alignement de bande idéal et le contact ohmique de l'appareil, surmontant le défi scientifique de la barrière Schottky inhérente à la transition de phase bidimensionnelle intrinsèque.
Figure 1 Illustration théorique de la technologie de contact ohmique métallisé à deux dimensions induite par le dopage atomique.
Deuxièmement, la "technologie de dopage de précision contrôlable au niveau atomique" a été inventée. Un processus de dopage de niveau atomique en trois étapes de dépôt de dépôt de métal actif à forte puissance ultra-lobe-puissance-puissance active de vide de métal actif a été conçu pour diffuser et injecter efficacement les atomes de dopant de la source à l'état solide dans la surface de la zone de contact à deux dimensions finement à motifs à motifs finement à motifs à motifs finement à motifs à motifs finement à motifs à motifs fine . Cette nouvelle stratégie de dopage de contact est compatible avec le processus de lithographie du nœud technologique 1 nm.
Figure 2 Caractérisation systématique de la métallisation bidimensionnelle induite par le dopage au niveau atomique
Troisièmement, un contact ohmique idéal est obtenu dans les semi-conducteurs bidimensionnels au niveau de la tranche. La résistance de contact est poussée à la limite théorique quantique, la résistance totale du dispositif est aussi faible que 235Ω · μm, et la méthode de contact de la ligne de transmission statistique (TLM) n'est que de 69 ± 13Ω μm, qui répond aux exigences de l'international Feuille de route de la technologie des semi-conducteurs pour la résistance des transistors dans les nœuds futurs des circuits intégrés.
Figure 3 Structure du dispositif et caractérisation de contact ohmique du transistor bidimensionnel à double canal ultra-court 10 nm
Quatrièmement, il démontre d'excellentes propriétés électriques complètes dans les réseaux de transistors bidimensionnels à grande courte canal ultra-court. Il présente un comportement de commutation idéal et peut supprimer efficacement l'effet de canal court. Le taux balistique à température ambiante est élevé que 79%, le swing moyen Swing SS dans la plage de courant à quatre grossiers est de 67 mV / déc. La densité de courant à l'état moyenne est aussi élevée que 0. 84mA / μm; La transconductance maximale est augmentée à 3,2 ms / μm, ce qui est presque un ordre de grandeur supérieur à d'autres dispositifs TMDS bidimensionnels similaires.
Figure 4 Caractéristiques électriques du réseau d'échelle de transistor bidimensionnel des canaux ultra-court
Ce travail explique le processus sous-jacent de la technologie de changement de phase bidimensionnelle dopée à l'élément de terre rare du point de vue du mécanisme physique et démontre la faisabilité d'une préparation au niveau de la tranche à grande échelle de transistors bidimensionnels haute performance. Les principaux paramètres électroniques de l'appareil répondent aux exigences des circuits intégrés de nœuds avancés, démontrant le potentiel de performance des semi-conducteurs bidimensionnels dans les futures applications de circuit intégrées de nœuds, et offrant une référence théorique importante et une base expérimentale pour promouvoir l'électronique bidimensionnelle du laboratoire à l'industrie (Laboratoire-fab).
(Origine de: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)