Een nieuwe Yttrium doping -technologie doorbraak 2D -transistorbeperking
Traditionele op siliconen gebaseerde technologie nadert zijn fysieke limiet op het Sub -3 NM-knooppunt, en nieuwe halfgeleidermaterialen zijn dringend nodig om verdere schaling van geïntegreerde circuits te bereiken. Tweedimensionale halfgeleiders, met hun atomisch dunne structuur en hoge mobiliteitsvoordelen, kunnen uitstekende elektrostatische controle en on-state kenmerken bereiken in ultra-kort kanaaltransistoren. Ze worden beschouwd als potentiële kanaalmaterialen voor geïntegreerde circuitchips op sub -1 nm -technologische knooppunten en hebben veel aandacht gekregen van toonaangevende wereldwijde halfgeleiderchipbedrijven en onderzoeksinstellingen (zoals Intel, TSMC, Samsung en het European Microelectronics Centre) . Tweedimensionale transistoren worden echter geconfronteerd met ernstige metaal-halfgeleidercontact Fermi-pinning-effecten, die de prestaties van tweedimensionale transistoren aanzienlijk beperkt. Daarom is het bereiken van ohmisch contact tussen tweedimensionale halfgeleiders en metaalelektroden een sleutelfactor bij de bereiding van krachtige ballistische transistoren. Bovendien zijn de krachtige tweedimensionale transistoren die momenteel internationaal worden bereikt, meestal gebaseerd op mechanische peeling of tweedimensionale enkele kristallen op centimeterschaal. Hoe grootschalige voorbereiding van krachtige transistors te bereiken op basis van tweedimensionale halfgeleiders op wafelniveau is de kernuitdaging om tweedimensionale elektronica te bevorderen van laboratorium tot industriële toepassing (lab-tot-fab).
Onlangs stelde de onderzoeksgroep onder leiding van academicus Peng Liandao en onderzoeker Qiu Chenguang van de School of Electronics, Peking University, de "zeldzame Earth Yttrium geïnduceerde faseveranderingstheorie" voor in het tweedimensionale halfgeleiderintegratieproces en bedacht het "atoomniveau-niveau Precisie -selectieve dopingtechnologie ", door de technische beperking te doorbreken dat de verbindingsdiepte van traditionele ionenimplantatie niet minder dan 5 nanometers kan zijn. Voor het eerst werd de dopingdiepte van het selectiegebied van de bron en het afvoer tot het limiet geduwd van 0. 5 nanometer van de enkele atoomlaag en ultra-kort kanaalballistische transistoren werden op grote schaal bereid gebaseerd op een grote schaal gebaseerd Tweedimensionale halfgeleiderwafels, het bereiken van ideale ohmcontacten en schakelkenmerken, die het potentieel hebben om toekomstige sub -1 nanometer technologie knooppuntchips te bouwen met hogere prestaties en een lager stroomverbruik. De relevante onderzoeksresultaten werden online gepubliceerd in Nature Electronics op 27 mei 2024 onder de titel "YtTruim-Doping-geïnduceerde metallisatie van molybdeendisulfide voor ohmcontacten in tweedimensionale transistoren".
Dit onderzoekswerk heeft de volgende vier technische innovaties bereikt:
1. Het "zeldzame aardelement geïnduceerde tweedimensionale metaaltheorie" werd gepionierd.
Deze technologie transformeert de tweedimensionale halfgeleider in het contactgebied in een tweedimensionaal metaal door doping van yttriumatoom te induceren. Dit tweedimensionale metaal wordt gebruikt als een bufferlaag tussen het metaal en de halfgeleider om het fermi-pinning-effect op de interface te onderdrukken. De bufferlaag werkt als een "brug" om de transmissie -efficiëntie van dragers van metaal tot halfgeleider effectief te verbeteren. Yttrium-atoom Doping reguleert effectief de positie van het Fermi-niveau van het tweedimensionale metaal om ideale banduitlijning en ohmisch contact van het apparaat te bereiken, waarbij de wetenschappelijke uitdaging van de Schottky-barrière inherent is aan de intrinsieke tweedimensionale fase-overgang te overwinnen.
Figuur 1 Theoretische illustratie van doping-geïnduceerde tweedimensionale gemetalliseerde ohmcontacttechnologie van enkele atoomlaag
Ten tweede werd de "controleerbare precisie-dopingtechnologie" op atoomniveau uitgevonden. Een driestaps atoomniveau dopingproces van ultra-lage vermogen zacht plasma-solid-source actief metaalafzetting-vacuüm gloeien werd ontworpen om effectief dopant yttriumatomen van vaste staten te diffunderen en te injecteren in het fijn met een fijn patroon met tweedimensionaal contactoppervlak . Deze nieuwe contactdopingstrategie is compatibel met het lithografieproces van het 1nm -technologieknooppunt.
Figuur 2 Systematische karakterisering van doping-geïnduceerde tweedimensionale metallisatie op atoomniveau
Ten derde wordt ideaal ohmisch contact bereikt in tweedimensionale halfgeleiders op wafelniveau. De contactweerstand wordt naar de kwantumtheoretische limiet geduwd, de totale apparaatweerstand is zo laag als 235Ω · μm en de gemiddelde contactweerstand van de statistische transmissielijn (TLM) is slechts 69 ± 13Ω · μm, die voldoet aan de vereisten van de internationale Semiconductor Technology Roadmap voor de weerstand van transistors in toekomstige knooppunten van geïntegreerde circuits.
Figuur 3 Apparaatstructuur en ohmische contactkarakterisering van dubbele poort 10 nm ultra-kort kanaal tweedimensionale transistor
Ten vierde vertoont het uitstekende uitgebreide elektrische eigenschappen in grootschalige ultra-kort kanaal tweedimensionale transistorarrays. Het vertoont ideaal schakelgedrag en kan het korte kanaaleffect effectief onderdrukken. De ballistische snelheid van de kamertemperatuur is zo hoog als 79%, de gemiddelde subdrempelige SSS in het stroombereik van vier magnitude is 67 mV/dec; De gemiddelde stroomdichtheid op de staten is zo hoog als 0. 84Ma/μm; De maximale transconductantie wordt verhoogd tot 3,2 ms/μm, wat bijna een orde van grootte hoger is dan andere vergelijkbare tweedimensionale TMDS-apparaten.
Figuur 4 Elektrische kenmerken van ultra-kort kanaal tweedimensionale transistorschaalreeks
Dit werk verklaart het onderliggende proces van zeldzame aardelement yttrium-gedoteerde tweedimensionale faseveranderingstechnologie vanuit een fysiek mechanismeperspectief en toont de haalbaarheid van grootschalige preparaat op wafelniveau van krachtige tweedimensionale transistoren. De belangrijkste elektronische parameters van het apparaat voldoen aan de vereisten van geavanceerde knooppunt geïntegreerde circuits, wat het prestatiepotentieel aantoont van tweedimensionale halfgeleiders in toekomstige knooppunt geïntegreerde circuittoepassingen en het bieden van belangrijke theoretische referentie en experimentele basis voor het bevorderen van tweedimensionale elektronica van laboratorium naar de industrie (Lab-to-fab).
(Oorsprong van: https://www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm)