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Aug 01, 2023

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Abstract I transistor bidimensionali (2D) di tipo p ad alte prestazioni sono fondamentali per la nanoelettronica 2D. Tuttavia, manca un metodo affidabile per creare 2D di tipo p su larga scala e di alta qualità

Astratto

I transistor bidimensionali (2D) di tipo p ad alte prestazioni sono fondamentali per la nanoelettronica 2D. Tuttavia, la mancanza di un metodo affidabile per creare semiconduttori 2D di tipo p di alta qualità e su larga scala e di un processo di metallizzazione adeguato rappresenta sfide importanti che devono essere affrontate per gli sviluppi futuri del campo. Qui, riportiamo la fabbricazione di array di transistor 2H-MoTe2 monocristallini 2D di tipo p scalabili con elettrodi di contatto semimetallici a fase 1T' sintonizzati a livello di Fermi. Trasformando il polimorfo policristallino 1T'-MoTe2 in 2H tramite una crescita anomala del grano, abbiamo fabbricato wafer 2H-MoTe2 da 4 pollici con domini monocristallini ultra-grandi e array monocristallini controllati spazialmente a bassa temperatura (~500 °C) . Inoltre, dimostriamo i transistor su chip mediante patterning litografico e integrazione strato per strato di semimetalli 1T' e semiconduttori 2H. La modulazione della funzione di lavoro degli elettrodi 1T'-MoTe2 è stata ottenuta depositando cuscinetti metallici 3D (Au), con conseguente resistenza di contatto minima (~ 0,7 kΩ·μm) e altezza della barriera Schottky prossima allo zero (~ 14 meV) dell'interfaccia di giunzione, e portando ad un elevato rapporto di corrente di stato on (~7,8 μA/μm) e corrente di on/off (~105) nei transistor 2H-MoTe2.

Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Soon-Yong Kwon del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e della Scuola di specializzazione in Ingegneria dei materiali e dei dispositivi semiconduttori dell'UNIST, ha ottenuto un progresso significativo nella produzione di dispositivi semiconduttori di tipo p ad alte prestazioni utilizzando tellurio di molibdeno. semiconduttori composti (MoTe2). Questa tecnologia pionieristica è molto promettente per l’applicazione nel settore dei semiconduttori a ossido di metallo complementare (CMOS) di prossima generazione, dove la tecnologia ultrafine è fondamentale.

I dispositivi CMOS si basano sul collegamento complementare di semiconduttori di tipo p e di tipo n. Noti per il loro basso consumo energetico, i dispositivi CMOS sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici di uso quotidiano come PC e smartphone. Sebbene i CMOS a base di silicio siano prevalenti, c'è stato un crescente interesse per i materiali bidimensionali come potenziali candidati per i futuri semiconduttori a causa della loro struttura sottile. Tuttavia, durante il processo di produzione sorgono problemi durante la formazione di elettrodi metallici tridimensionali su questi materiali, che portano a vari difetti all’interfaccia.

In questo sforzo di ricerca guidato dal team del professor Kwon insieme al team del professor Lee Jong-hoon, si sono concentrati sullo sviluppo di dispositivi semiconduttori di tipo p ad alte prestazioni che utilizzano MoTe2, un composto noto per mostrare proprietà uniche. Utilizzando la deposizione chimica in fase vapore (CVD), che consente la formazione di film sottile attraverso reazioni chimiche, sono riusciti a sintetizzare wafer MoTe2 da 4 pollici di ampia area con elevata purezza.

L’innovazione chiave sta nel controllare la funzione di lavoro depositando un metallo tridimensionale su un semi-metallo bidimensionale che modula efficacemente gli strati barriera che impediscono l’ingresso dei portatori di carica. Inoltre, questo approccio sfrutta i metalli tridimensionali che agiscono come pellicole protettive per i metalli bidimensionali, con conseguente miglioramento dei rendimenti e consentendo l'implementazione di dispositivi a matrice di transistor.

"L'importanza della nostra ricerca si estende oltre MoTe2", ha spiegato Sora Jang (programma combinato MS/PhD in scienza e ingegneria dei materiali, UNIST). "Il metodo di produzione del dispositivo sviluppato può essere applicato a vari materiali bidimensionali, aprendo le porte a ulteriori progressi in questo campo."

Questo studio è stato condotto congiuntamente dal Professor Soon-Yong Kwon (autore co-corrispondente), dal Professor Zonghoon Lee (autore co-corrispondente) del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell'UNIST, dal Dr. Seunguk Song (Co-autore primo) dell'Università Università della Pennsylvania, Dr. Aram Yoon (co-primo autore) e Sora Jang (co-primo autore).

I risultati di questa ricerca innovativa sono stati pubblicati prima della loro pubblicazione ufficiale nella versione online di Nature Communications il 7 agosto 2023. Questo studio è stato sostenuto dai fondi di ricerca 2020 dell'UNIST, dell'Institute for Basic Science e della National Research Foundation ( NRF) della Corea, finanziato dal Ministero della Scienza e dell'ICT (MSIT).