Тайваньская компания по производству полупроводников TSMC совместно с Национальным университетом Ян Мин Цзяо Тун (NYCU) из Тайбэя совершила ключевой прорыв в проектировании транзисторов следующего поколения. TSMC и NYCU продемонстрировали, что вместо нанесения новых материалов на канал транзистора более эффективным подходом является инженерия материала канала для создания буферного слоя перед добавлением изолирующего материала, а затем затвора для управления потоком электронов через транзистор.
TSMC и NYCU демонстрируют, что нанесение эпитаксиального алюминия на канал из однослойного дисульфида молибдена (MoS₂) обеспечивает реализацию затвора с низкой утечкой
Большинство современных чипов полагаются на транзисторы FinFET (полевые транзисторы с ребристым затвором) или GaaFET (транзисторы с круговым затвором) для передачи и управления током. Эти транзисторы представляют собой трехмерные структуры. Они используют канал, выступающий вверх, вокруг которого обернут затвор. Такой подход обеспечивает большую площадь контакта между затвором и каналом, что позволяет улучшить контроль над потоком тока. В транзисторе канал отвечает за поток тока, а затвор — за управление этим потоком.
Однако достижения в технологии производства чипов, которые позволяют таким производителям, как TSMC, уменьшать толщину канала до 5 нанометров и делать каналы короче, чтобы разместить больше транзисторов на чипе, затрудняют контроль затвора над потоком электронов.
Когда длина канала приближается к 3–5 нанометрам, затвор становится неэффективным в управлении потоком электронов. Аналогично, при толщине канала менее примерно 3 нанометров электроны, движущиеся через канал, вступают в контакт с затвором, что увеличивает сопротивление.
Чтобы решить эти ограничения, производители чипов исследуют двумерные однослойные транзисторы. Поскольку такие транзисторы имеют толщину в одну молекулярную цепочку, они обеспечивают лучший контроль затвора и более низкое сопротивление, позволяя производителям чипов увеличивать плотность транзисторов на кристалле за счет толщины канала 0,7 нанометра и длины канала менее 3 нанометров.
Однако тонкость материала создает собственный набор проблем. Исследования таких транзисторов показали, что изготовление затвора традиционными методами осаждения приводит к неравномерному слою диэлектрика затвора над каналом из-за особенностей материала канала — однослойного дисульфида молибдена (MoS₂). MoS₂ используется благодаря его естественной толщине 0,7 нанометра и способности обеспечивать лучший контроль тока. С другой стороны, в транзисторах FinFET в качестве материала канала в основном используется кремний-германий.
Исследование TSMC и NYCU было направлено на преодоление ограничений осаждения материала затвора на канал. В частности, их работа была сосредоточена на слое диэлектрика затвора, который предотвращает утечку и обеспечивает управление током. В отличие от предыдущих методов, в которых изучались новые подходы к осаждению или новые материалы, исследователи вместо этого полагаются на ультратонкий эпитаксиальный слой алюминия.
Они модифицировали поверхность MoS₂, нанеся слой алюминия и позволив ему окислиться с образованием оксида алюминия толщиной 0,42 нанометра. После формирования этого слоя поверх него был добавлен высоко-κ диэлектрик затвора из оксида гафния.
Благодаря инженерии поверхности исследователи продемонстрировали, что новый подход обеспечивает более точный контроль потока и сниженное сопротивление в транзисторе на основе MoS₂ на уровне, сопоставимом с диэлектрическим слоем толщиной 1 нанометр.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Ramish Zafar
