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Aug 01, 2023

P

Resumo Transistores bidimensionais (2D) tipo p de alto desempenho são fundamentais para a nanoeletrônica 2D. No entanto, a falta de um método confiável para criar imagens 2D tipo P de alta qualidade e em grande escala

Abstrato

Transistores bidimensionais (2D) tipo p de alto desempenho são fundamentais para a nanoeletrônica 2D. No entanto, a falta de um método confiável para a criação de semicondutores 2D tipo p de alta qualidade e em grande escala e de um processo de metalização adequado representa desafios importantes que precisam ser abordados para desenvolvimentos futuros no campo. Aqui, relatamos a fabricação de matrizes de transistores 2H-MoTe2 monocristalinos 2D tipo p escaláveis ​​com eletrodos de contato semimetálicos de fase 1T' ajustados em nível de Fermi. Ao transformar o polimorfo 1T'-MoTe2 policristalino em 2H ​​através do crescimento anormal de grãos, fabricamos wafers 2H-MoTe2 de 4 polegadas com domínios monocristalinos ultragrandes e matrizes monocristalinas controladas espacialmente a baixa temperatura (~500 °C) . Além disso, demonstramos transistores no chip por padronização litográfica e integração camada por camada de semimetais 1T' e semicondutores 2H. A modulação da função de trabalho dos eletrodos 1T'-MoTe2 foi alcançada através da deposição de almofadas de metal 3D (Au), resultando em resistência de contato mínima (~0,7 kΩ·μm) e altura da barreira Schottky quase zero (~14 meV) da interface de junção, e levando a alta corrente de estado ligado (~7,8 μA/μm) e relação de corrente liga/desliga (~105) nos transistores 2H-MoTe2.

Uma equipe de pesquisa, liderada pelo professor Soon-Yong Kwon no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e na Escola de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Dispositivos Semicondutores da UNIST, alcançou um avanço significativo na fabricação de dispositivos semicondutores tipo p de alto desempenho usando telúrio molibdênio semicondutores compostos (MoTe2). Esta tecnologia pioneira é uma grande promessa para aplicação na indústria de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) de próxima geração, onde a tecnologia ultrafina é crucial.

Os dispositivos CMOS são baseados na ligação complementar de semicondutores do tipo p e do tipo n. Conhecidos por seu baixo consumo de energia, os dispositivos CMOS são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos do dia a dia, como PCs e smartphones. Embora o CMOS baseado em silício seja predominante, tem havido um interesse crescente em materiais bidimensionais como potenciais candidatos para futuros semicondutores devido à sua estrutura fina. No entanto, surgem desafios durante o processo de fabricação ao formar eletrodos metálicos tridimensionais sobre esses materiais, levando a vários defeitos na interface.

Neste esforço de pesquisa liderado pela equipe do Professor Kwon junto com a equipe do Professor Lee Jong-hoon, eles se concentraram no desenvolvimento de dispositivos semicondutores do tipo p de alto desempenho utilizando MoTe2 - um composto conhecido por exibir propriedades únicas. Ao empregar a deposição química de vapor (CVD), que permite a formação de filmes finos por meio de reações químicas, eles sintetizaram com sucesso wafers de MoTe2 de 4 polegadas e grandes áreas com alta pureza.

A principal inovação reside no controle da função de trabalho, depositando um metal tridimensional em camadas de barreira de modulação eficaz de semi-metal bidimensional que impedem a entrada de portadores de carga. Além disso, esta abordagem aproveita metais tridimensionais que atuam como películas protetoras para metais bidimensionais, resultando em melhores rendimentos e permitindo a implementação de dispositivos de matriz de transistores.

"O significado de nossa pesquisa vai além do MoTe2", explicou Sora Jang (Programa Combinado de MS/PhD em Ciência e Engenharia de Materiais, UNIST). "O método de fabricação de dispositivos desenvolvido pode ser aplicado a vários materiais bidimensionais, abrindo portas para novos avanços neste campo."

Este estudo foi realizado em conjunto pelo Professor Soon-Yong Kwon (Co-autor correspondente), Professor Zonghoon Lee (Co-autor correspondente) do Departamento de Ciência de Materiais da UNIST, Dr. Universidade da Pensilvânia, Dr. Aram Yoon (co-primeiro autor) e Sora Jang (co-primeiro autor).

Os resultados desta pesquisa inovadora foram publicados antes de sua publicação oficial na versão online da Nature Communications em 7 de agosto de 2023. Este estudo foi apoiado pelos fundos de pesquisa de 2020 da UNIST, Institute for Basic Science e National Research Foundation ( NRF) da Coreia, financiado pelo Ministério da Ciência, TIC (MSIT).