В любом полевом транзисторе есть затвор, который управляет током в канале, и изолирующий слой, который разделяет их. Чем тоньше диэлектрик, тем лучше управление. Кремниевая индустрия десятилетиями оттачивала методы нанесения оксидов, но особенности двумерных материалов, не позволяют вырастить тонкий диэлектрический слой без дефектов, которые рассеивают электроны. Стандартные методы решения давали улучшения, но не решали проблему полностью, пишет Science Daily.
Вместо того чтобы менять полупроводник или диэлектрик, команда ученых из Национального университета Ян Мин Цзяотун изменила интерфейс между ними. Они нанесли на монослой дисульфида молибдена эпитаксиальный слой алюминия толщиной всего в несколько атомов, а затем окислили его, получив слой оксида алюминия толщиной 0,42 нм. Поверх этого буфера они уже вырастили основной диэлектрик — оксид гафния.
Буфер выполняет две функции: во-первых, он создает гладкую поверхность для равномерного роста диэлектрика; во-вторых, работает как атомарный «амортизатор», предотвращая нежелательные электрические взаимодействия между диэлектриком и полупроводником, которые рассеивают электроны.
Новые транзисторы с длиной канала около 100 нм показали эквивалентную толщину оксида около 1 нм, низкие токи утечки, минимальный гистерезис и максимальную крутизну передачи 0,45 мкСм/мкм. Главное достижение — одновременное сочетание трех параметров, которые раньше считались взаимоисключающими: очень тонкий диэлектрик, сильное электростатическое управление и высокая подвижность носителей. И все это на материале, пригодном для промышленного производства.
До начала массового производства еще предстоит оптимизировать технологии осаждения и масштабирования. Тем не менее, исследователи считают свой метод инженерной модификации границ раздела важным шагом на пути к реальной двумерной электронике.
Шанхайский стартап «Юаньцзивэй» представил первую в мире пилотную линию для производства двумерных полупроводников. Новая технология использует принципиально иные материалы и методы, по сравнению с фотолитографией в экстремальном ультрафиолете (EUV).
