En ny Yttrium Doping Technology Breakthrough 2D Transistor Begränsning
Traditionell kiselbaserad teknik närmar sig sin fysiska gräns vid sub -3 nm-noden, och nya halvledarmaterial behövs brådskande för att uppnå ytterligare skalning av integrerade kretsar. Två-dimensionella halvledare, med sin atomiskt tunna struktur och fördelar med hög rörlighet, kan uppnå utmärkt elektrostatisk kontroll och egenskaper på tillstånd i ultrakortkanaltransistorer. De betraktas som potentiella kanalmaterial för integrerade kretschips vid sub -1 NM -tekniknoder och har fått stor uppmärksamhet från ledande globala halvledarchipföretag och forskningsinstitutioner (som Intel, TSMC, Samsung och European Microelectronics Center) . Två-dimensionella transistorer står emellertid inför allvarliga metall-semitorkontakt Fermi-fästeffekter, vilket i hög grad begränsar prestandan för tvådimensionella transistorer. Därför är hur man uppnår ohmisk kontakt mellan tvådimensionella halvledare och metallelektroder en nyckelfaktor i beredningen av högpresterande ballistiska transistorer. Dessutom är de högpresterande tvådimensionella transistorerna som för närvarande uppnåtts internationellt mestadels baserade på mekanisk exfoliering eller centimeterskala tvådimensionella enkelkristaller. Hur man uppnår storskalig beredning av högpresterande transistorer baserat på tvådimensionella halvledare på skiva-nivå är kärnutmaningen att främja tvådimensionell elektronik från laboratorium till industriell applikation (lab-till-FAB).
Nyligen föreslog forskningsgruppen under ledning av akademiker Peng Lianmao och forskaren Qiu Chenguang från School of Electronics, Peking University, och uppfann den "sällsynta jordjordinducerade fasförändringsteorin" i den tvådimensionella halvledarintegrationsprocessen och uppfann "Atomic-Level-level Precision Selective Doping Technology ", Breaking Through the Engineering Begränsning som korsningsdjupet för traditionell jonimplantation inte kan vara mindre än 5 nanometer. För första gången pressades dopningsdjupet för källan och avloppsvalområdet till gränsen för 0. 5 nanometrar av det enda atomskiktet, och ballistiska transistorer med ultra-kort kanal framställdes i stor skala baserade på Två-dimensionella halvledarskivor, uppnår idealiska ohmiska kontakter och växlingsegenskaper, som har potential att bygga framtida sub -1 nanometer-tekniknodchips med högre prestanda och lägre kraftförbrukning. De relevanta forskningsresultaten publicerades online i Nature Electronics den 27 maj 2024 under titeln "Yttruim-doping-inducerad metallisering av molybden disulfid för ohmiska kontakter i tvådimensionella transistor".
Detta forskningsarbete har uppnått följande fyra tekniska innovationer:
1. "Sällsynta jordelementet inducerade tvådimensionell metalliseringsteori" var banbrytande.
Denna teknik förvandlar den tvådimensionella halvledaren i kontaktområdet till en tvådimensionell metall genom att inducera yttriumatomdoping. Denna tvådimensionella metall används som ett buffertskikt mellan metallen och halvledaren för att undertrycka Fermi-fästeffekten vid gränssnittet. Buffertskiktet fungerar som en "bro" för att effektivt förbättra transmissionseffektiviteten hos bärare från metall till halvledare. YTTRIUM ATOM-doping reglerar effektivt positionen för Fermi-nivån för den tvådimensionella metallen för att uppnå idealisk bandinriktning och Ohmic-kontakten för enheten, vilket övervinner den vetenskapliga utmaningen från Schottky-barriären som ligger i den inneboende tvådimensionella fasövergången.
Figur 1 Teoretisk illustration av enstaka atomlager-doping-inducerad tvådimensionell metalliserad ohmisk kontaktteknologi
För det andra uppfanns "Atomic-nivå kontrollerbar precisionsteknik". En trestegs atomnivå dopningsprocess av ultralåga effekt mjuka plasmasolida källkodsaktiv metallavlagring-vacuum-glödgning utformades för att effektivt diffundera och injicera fast tillståndskälla dopant yttriumatomer i de fint mönstrade tvådimensionella kontaktytan ytytan yta ytan yta . Denna nya kontaktdopningsstrategi är kompatibel med litografiprocessen för 1NM -tekniknoden.
Figur 2 Systematisk karakterisering av doping-inducerad tvådimensionell metallisering av atomnivå
För det tredje uppnås idealisk ohmisk kontakt i tvådimensionella halvledare på skivnivå. Kontaktmotståndet skjuts till den kvantteoretiska gränsen, den totala enhetens motstånd är så låg som 235Ω · μm, och den statistiska transmissionslinjemetoden (TLM) genomsnittlig kontaktmotstånd är endast 69 ± 13Ω · μm, vilket uppfyller kraven i den internationella transmissionslinjen Semiconductor Technology Roadmap för resistens motstånd i framtida noder med integrerade kretsar.
Figur 3 Enhetsstruktur och Ohmic-kontaktkaraktärisering av dubbla gate 10nm Ultra-kort kanal tvådimensionell transistor
För det fjärde visar det utmärkta omfattande elektriska egenskaper i storskaliga ultra-kort kanal tvådimensionella transistoruppsättningar. Den uppvisar idealiskt växlingsbeteende och kan effektivt undertrycka den korta kanaleffekten. Rumstemperaturens ballistiska hastighet är så hög som 79%, den genomsnittliga undertröskel Swing SS i det fyra magnitude-intervallet är 67 mV/dec; Den genomsnittliga strömtätheten i tillstånd är så hög som 0. 84mA/μM; Den maximala transkonduktansen ökas till 3,2 ms/μm, vilket är nästan en storleksordning högre än andra liknande tvådimensionella TMDS-enheter.
Figur 4 Elektriska egenskaper hos ultra-kort kanal tvådimensionell transistorskala matris
Detta arbete förklarar den underliggande processen för sällsynt jordelement YTTRIUM-dopade tvådimensionell fasförändringsteknologi ur ett fysiskt mekanismperspektiv och visar genomförbarheten av storskalig skivnivåberedning av högprestanda tvådimensionella transistorer. Anordningens viktigaste elektroniska parametrar uppfyller kraven i avancerade nodintegerade kretsar, visar prestationspotentialen för tvådimensionella halvledare i framtida nodintegrerade kretsapplikationer och ger viktig teoretisk referens och experimentell grund för att främja tvådimensionell elektronik från laboratorium till industrin till industrin (Lab-till-fab).
(Ursprung från: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)