En ny Yttrium Doping Technology Gennembrudt 2D -transistorbegrænsning
Traditionel siliciumbaseret teknologi nærmer sig sin fysiske grænse ved sub -3 nm-knudepunktet, og nye halvledermaterialer er presserende nødvendigt for at opnå yderligere skalering af integrerede kredsløb. To-dimensionelle halvledere, med deres atomisk tynde struktur og høje mobilitetsfordele, kan opnå fremragende elektrostatisk kontrol og on-state-egenskaber i ultra-short-kanaltransistorer. De betragtes som potentielle kanalmaterialer til integrerede kredsløbschips hos sub -1 nm teknologiknudepunkter og har fået stor opmærksomhed fra førende globale halvlederchipfirmaer og forskningsinstitutioner (såsom Intel, TSMC, Samsung og European Microelectronics Center) . To-dimensionelle transistorer står imidlertid over for alvorlige metal-halvlederkontakt Fermi-fastgørelseseffekter, hvilket i høj grad begrænser ydelsen af to-dimensionelle transistorer. Derfor er hvordan man opnår ohmisk kontakt mellem to-dimensionelle halvledere og metalelektroder en nøglefaktor i fremstillingen af højtydende ballistiske transistorer. Derudover er de højtydende to-dimensionelle transistorer, der i øjeblikket er opnået internationalt, for det meste baseret på mekanisk eksfoliering eller centimeterskala to-dimensionelle enkeltkrystaller. Hvordan man opnår storskala forberedelse af højtydende transistorer baseret på to-dimensionelle halvledere på wafer-niveau er kerneudfordringen ved at fremme to-dimensionel elektronik fra laboratorie til industriel anvendelse (lab-til-FAB).
For nylig foreslog forskningsgruppen ledet af den akademiker Peng Lianmao og forsker Qiu Chenguang fra School of Electronics, Peking University, "Sjældne jordnøgleinduceret faseændringsteori" i den to-dimensionelle halvlederintegrationsproces og opfandt "atomisk niveau Præcisionsselektiv dopingteknologi ", der bryder gennem den tekniske begrænsning af, at forbindelsesdybden af traditionel ionimplantation ikke kan være mindre end 5 nanometer. For første gang blev dopingdybden af kilden og udvælgelsesområdet skubbet til grænsen for 0. 5 nanometer i det enkelte atomlag, og ultra-short-kanalballistiske transistorer blev forberedt i stor skala baseret på To-dimensionelle halvlederskiver, opnå ideelle ohmiske kontakter og skiftegenskaber, som har potentialet til at opbygge fremtidige sub -1 nanometer-teknologiknudechips med højere ydelse og lavere strømforbrug. De relevante forskningsresultater blev offentliggjort online i Nature Electronics den 27. maj 2024 under titlen "Yttruim-doping-induceret metallisering af molybdæn disulfid for ohmiske kontakter i to-dimensionelle transistorer".
Dette forskningsarbejde har opnået følgende fire tekniske innovationer:
1.. Det "sjældne jordelement, der blev induceret to-dimensionel metaliseringsteori", var banebrydende.
Denne teknologi omdanner den to-dimensionelle halvleder i kontaktområdet til et to-dimensionelt metal ved at inducere yttriumatomdoping. Dette to-dimensionelle metal bruges som et pufferlag mellem metallet og halvlederen for at undertrykke Fermi-fastgørelseseffekten ved grænsefladen. Bufferlaget fungerer som en "bro" for effektivt at forbedre transmissionseffektiviteten af bærere fra metal til halvleder. Yttrium-atomdoping regulerer effektivt placeringen af Fermi-niveauet for det to-dimensionelle metal for at opnå ideel båndjustering og ohmisk kontakt af enheden, hvilket overvinder den videnskabelige udfordring for Schottky-barrieren, der er forbundet med den iboende to-dimensionelle faseovergang.
Figur 1 Teoretisk illustration af enkelt atomlag Doping-induceret to-dimensionel metalliseret ohmisk kontaktteknologi
For det andet blev "atomniveau kontrollerbar præcisionsdopingteknologi" opfundet. En dopingprocessproces på tretrins atomniveau med ultra-lav effekt blød plasma-solid-source aktiv metalaflejring-vacuum-udglødning blev designet til effektivt at diffuse og injicere faststatskilde-dopingmiddel yttriumatomer i det fint mønstrede to-dimensionelle kontaktområde overflade overflade . Denne nye kontaktdopingstrategi er kompatibel med litografiprocessen for 1NM -teknologiknuden.
Figur 2 Systematisk karakterisering af dopinginduceret i atomniveau doping-induceret to-dimensionel metallisering
For det tredje opnås ideel ohmisk kontakt i todimensionelle halvledere på wafer-niveau. Kontaktmodstanden skubbes til den kvante teoretiske grænse, den samlede enhedsmodstand er så lav som 235Ω · μm, og den statistiske transmissionslinjemetode (TLM) gennemsnitlig kontaktmodstand er kun 69 ± 13Ω · μm, der opfylder kravene i den internationale internationale Halvlederteknologi -køreplan for modstanden for transistorer i fremtidige knudepunkter af integrerede kredsløb.
Figur 3 Enhedsstruktur og ohmisk kontaktkarakterisering af dual-gate 10nm ultra-kort kanal to-dimensionel transistor
For det fjerde demonstrerer det fremragende omfattende elektriske egenskaber i storskala ultra-short-kanal to-dimensionelle transistorarrays. Det udviser ideel skifteadfærd og kan effektivt undertrykke den korte kanaleffekt. Stuetemperaturballistiske hastighed er så høj som 79%, den gennemsnitlige undergrænse-sving SS i det aktuelle område med fire størrelser er 67 mV/Dec; Den gennemsnitlige strømtæthed på staten er så høj som 0. 84mA/μm; Den maksimale transkonduktans øges til 3,2ms/μm, hvilket er næsten en størrelsesorden højere end andre lignende to-dimensionelle TMDS-enheder.
Figur 4 Eltra-Short Channel To-dimensionel transistorskala-array
Dette arbejde forklarer den underliggende proces med sjældne jordelement Yttrium-dopede to-dimensionelle faseændringsteknologi fra et fysisk mekanismeperspektiv og demonstrerer gennemførligheden af storstilet Wafer-niveau-forberedelse af højtydende to-dimensionelle transistorer. De vigtigste elektroniske parametre for enheden opfylder kravene til avancerede knudepunktsintegrerede kredsløb, der demonstrerer ydeevnepotentialet for to-dimensionelle halvledere i fremtidige knudepunktsintegrerede kredsløbsapplikationer og giver vigtig teoretisk reference og eksperimentelt grundlag for at fremme to-dimensionel elektronik fra laboratorie til industri (Lab-til-FAB).
(Oprindelse fra: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)