Eine neue Yttrium -Doping -Technologie -Durchbruch 2D -Transistor -Beschränkung
Die traditionelle Siliziumbasis-Technologie nähert sich ihrer physischen Grenze am Sub -3 NM-Knoten, und neue Halbleitermaterialien werden dringend benötigt, um eine weitere Skalierung integrierter Schaltungen zu erreichen. Zweidimensionale Halbleiter mit ihrer atomisch dünnen Struktur und hohen Mobilitätsvorteilen können bei ultra-skortischen Kanaltransistoren eine hervorragende elektrostatische Kontrolle und On-State-Eigenschaften erzielen. Sie gelten als potenzielle Kanalmaterialien für integrierte Schaltungschips bei Sub -1 NM -Technologieknoten und haben große Aufmerksamkeit von führenden globalen Halbleiter -Chip -Unternehmen und Forschungsinstitutionen (wie Intel, TSMC, Samsung und dem europäischen Mikroelektronikzentrum) aufgenommen . Zweidimensionale Transistoren sind jedoch mit schwerwiegenden Metall-Diemen-Kontakteffekten aus Metall-Diemenduktoren ausgesetzt, die die Leistung zweidimensionaler Transistoren stark einschränken. Daher ist es ein Schlüsselfaktor für die Herstellung von ballistischen Hochleistungstransistoren, wie man ohmischem Kontakt zwischen zweidimensionalen Halbleitern und Metallelektroden erreicht. Darüber hinaus basieren die zweidimensionalen Hochleistungs-Transistoren, die derzeit international erreicht werden, hauptsächlich auf mechanischen Peeling oder zweidimensionalen Einzelkristallen im Zentimeter. Wie man eine groß angelegte Herstellung von Hochleistungstransistoren erzielt, die auf zweidimensionalen Halbleitern auf Waferebene basieren, ist die zentrale Herausforderung bei der Förderung der zweidimensionalen Elektronik vom Labor bis zur industriellen Anwendung (LAB-to-Fab).
Kürzlich die Forschungsgruppe unter der Leitung des akademischen Peng Lianmao und des Forschers Qiu Chenguang von der School of Electronics, Peking University, schlug die "Seltenerde-Yttrium-induzierte Phase-Change Präzisions -selektive Doping -Technologie ", die die technische Einschränkung durchbricht, dass die Verbindungstiefe der traditionellen Ionenimplantation nicht weniger als 5 Nanometer betragen kann. Zum ersten Mal wurde die Doping-Tiefe des Quell- und Abflussauswahlbereichs an die Grenze von 0. 5 Nanometer der einzelnen Atomschicht gedrückt, und auf einer großen Skala wurden auf einer großen Skala basierend auf ultra-Short-Kanal-Kanal-Transistoren hergestellt Zweidimensionale Halbleiter-Wafer, die ideale ohmische Kontakte und Schalteigenschaften erreichen, die das Potenzial für zukünftige Subs -1 Nanometer-Technologieknoten-Chips mit höherer Leistung und geringem Stromverbrauch erstellen können. Die relevanten Forschungsergebnisse wurden am 27. Mai 2024 online in Nature Electronics unter dem Titel "Yttruim-Doping-induzierter Metallisation von Molybdän-Disulfid für ohmische Kontakte bei zweidimensionalen Transistoren" veröffentlicht.
Diese Forschungsarbeit hat die folgenden vier technischen Innovationen erreicht:
1. Das "Seltenerdelement induzierte die zweidimensionale Metallisationstheorie" war Pionierarbeit.
Diese Technologie verwandelt den zweidimensionalen Halbleiter in der Kontaktfläche in ein zweidimensionales Metall, indem Sie das Doping von Yttrium-Atom-Doping induzieren. Dieses zweidimensionale Metall wird als Pufferschicht zwischen Metall und Halbleiter verwendet, um den Fermi-Pinning-Effekt an der Grenzfläche zu unterdrücken. Die Pufferschicht wirkt als "Brücke", um die Übertragungseffizienz von Trägern von Metall zum Halbleiter effektiv zu verbessern. Das Dotieren von Yttrium-Atom-Doping reguliert effektiv die Position des Fermi-Spiegels des zweidimensionalen Metalls, um eine ideale Bandausrichtung und den ohmischen Kontakt des Geräts zu erreichen, und überwindet die wissenschaftliche Herausforderung der Schottky-Barriere, die dem intrinsischen zweidimensionalen Phasenübergang inhärent ist.
Abbildung 1 Theoretische Darstellung einer einzelnen Atomschicht-Dotierung induzierter zweidimensionaler metallisierter ohmischer Kontakttechnologie
Zweitens wurde die "kontrollierbare Doping-Technologie auf Atomebene" erfunden. Ein dreistufiges Dotierungsprozess auf Atomebene mit ultra-niedriger Leistung weicher Plasma-Solid-Source Active Metal Deposition-Vacuum-Glühen wurde entwickelt, um die Dopanz-Yttrium-Atome von Festkörperquellen effektiv in die fein strukturierte zweidimensionale Kontaktfläche zu diffundieren und zu injizieren . Diese neue Kontaktdotierungsstrategie ist mit dem Lithographieprozess des 1nm -Technologieknotens kompatibel.
Abbildung 2 systematische Charakterisierung der durch Dotierung induzierten zweidimensionalen Metallisation auf Atomebene
Drittens wird ein idealer ohmischer Kontakt in zweidimensionalen Halbleitern auf Waferebene erreicht. Der Kontaktwiderstand wird an die quantentheoretische Grenze gedrückt, der Gesamteinrichtungswiderstand beträgt nur 235 € · μm und die durchschnittliche Kontaktwiderstand der statistischen Übertragungsleitung (TLM) beträgt nur 69 ± 13 Ω · μm, die den Anforderungen des Internationalen erfüllt Halbleitertechnologie Roadmap für den Widerstand von Transistoren in zukünftigen Knoten integrierter Schaltungen.
Abbildung 3 Gerätestruktur und Ohmic-Kontaktcharakterisierung des zweidimensionalen Transistors mit zwei GATE 10 nm Ultra-Short-Kanal
Viertens zeigt es hervorragende umfassende elektrische Eigenschaften in großflächigen zweidimensionalen Transistor-Arrays von Ultra-Short-Kanal. Es weist ein ideales Schaltverhalten auf und kann den kurzen Kanaleffekt effektiv unterdrücken. Die ballistische Rate der Raumtemperatur beträgt bis zu 79%, wobei die durchschnittliche Unterschwellenschwung-SS im Strombereich mit vier Größen 67 mV/Dez beträgt. Die durchschnittliche Stromdichte im Zustand ist so hoch wie {0. 84 mA/μm; Die maximale Transkonduktanz wird auf 3,2 ms/μm erhöht, was nahezu eine Größenordnung höher ist als andere ähnliche zweidimensionale TMDS-Geräte.
Abbildung 4 Elektrische Eigenschaften des ultra-Short-Kanals Zweidimensionaler Transistor-Skala-Array
Diese Arbeit erklärt den zugrunde liegenden Prozess des Seltenerdelements Yttrium-dotiertes zweidimensionale Phasenveränderungstechnologie aus der Sicht des physikalischen Mechanismus und zeigt die Machbarkeit der Herstellung von zweidimensionalen Transistoren auf Waferebene auf der Waferebene. Die wichtigsten elektronischen Parameter des Geräts erfüllen die Anforderungen fortschrittlicher Knoten integrierter Schaltkreise, demonstrieren das Leistungspotential zweidimensionaler Halbleiter in zukünftigen Knoten integrierten Schaltungsanwendungen und bieten wichtige theoretische Referenz- und experimentelle Grundlage für die Förderung der zweidimensionalen Elektronik von Labor in Industrie in Industrie (Labor-zu-Fab).
(Origin von: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)