新しいYttriumドーピングテクノロジーのブレークスルー2Dトランジスタの制限
従来のシリコンベースのテクノロジーは、サブ-3 nmノードでの物理的限界に近づいており、積分回路のさらなるスケーリングを実現するために、新しい半導体材料が緊急に必要です。原子的に薄い構造と高移動度の利点を備えた2次元半導体は、超ショートチャネルトランジスタで優れた静電制御と状態の特性を達成できます。それらは、サブ-1 nmテクノロジーノードでの統合回路チップの潜在的なチャネル材料と見なされており、主要なグローバル半導体チップ企業や研究機関（Intel、TSMC、Samsung、欧州のミクロエレクトロニクスセンターなど）から大きな注目を集めています。 。ただし、2次元トランジスタは、2次元トランジスタのパフォーマンスを大幅に制限する深刻な金属結石コンタクトフェルミピン留め効果に直面しています。したがって、2次元半導体と金属電極の間のオーム接触を達成する方法は、高性能弾道トランジスタの調製における重要な要因です。さらに、現在国際的に達成されている高性能の2次元トランジスタは、主に機械的剥離またはセンチメートルの2次元単結晶に基づいています。ウェーハレベルの2次元半導体に基づいた高性能トランジスタの大規模な準備を実現する方法は、実験室から産業用途（ラボからファブ）まで2次元電子機器を促進するという中心的な課題です。
最近、北京大学エレクトロニクス学部の学者ペン・リアンマオと研究者のQiu chenguangが率いる研究グループは、2次元半導体統合プロセスにおける「希土類Yttrium誘発相変化理論」を提案し、「原子レベル」を発明しました。精密選択的ドーピングテクノロジー」、従来のイオン移植の接合部の深さは5ナノメートルを超えることはできないという工学の制限を突破します。初めて、ソースおよびドレイン選択エリアのドーピング深さは、単一原子層の0。 2次元半導体ウェーハは、理想的なオーム接点とスイッチング特性を実現します。関連する研究結果は、2024年5月27日にNature Electronicsでオンラインで公開されました。「2次元トランジスタでのオーム接触のためのイットトルイムドーピング誘発性ジスルフィドの金属化」というタイトルで公開されました。
この研究作業は、次の4つの技術的革新を達成しました。
1.「希土類元素誘発性2次元金属化理論」が開拓されました。
この技術は、接触領域の2次元半導体を、イットトリウム原子ドーピングを誘導することにより2次元金属に変換します。この2次元金属は、金属と半導体の間のバッファー層として使用され、界面でのフェルミピンピンの効果を抑制します。バッファ層は、金属から半導体へのキャリアの伝送効率を効果的に改善するための「ブリッジ」として機能します。 Yttrium Atomドーピングは、2次元金属のフェルミレベルの位置を効果的に調節して、理想的なバンドアライメントとデバイスのオームの接触を実現し、固有の2次元相転移に固有のSchottkyバリアの科学的課題を克服します。
図1単一原子層ドーピング誘発性2次元金属化オーム接触技術の理論的図
第二に、「原子レベルの制御可能な精度ドーピング技術」が発明されました。超低出力ソフトプラズマソリッドソースアクティブメタル堆積型アニーリングの3段階の原子レベルのドーピングプロセスは、固体源ドーパントYttrium原子を効果的に拡散および注入するように設計されました。 。この新しいコンタクトドーピング戦略は、1NMテクノロジーノードのリソグラフィプロセスと互換性があります。
図2原子レベルのドーピング誘発性2次元金属化の系統的特性
第三に、ウェーハレベルの2次元半導体で理想的なオーム系接触が達成されます。接触抵抗は量子理論的制限に押し付けられ、総デバイス抵抗は235Ω・μmという低く、統計的伝送線法（TLM）の平均接触抵抗は69±13Ω・μmのみであり、国際の要件を満たしています。統合回路の将来のノードにおけるトランジスタの抵抗のための半導体テクノロジーロードマップ。
図3デバイス構造とデュアルゲート10nmウルトラショートチャネルの2次元トランジスタのオーム接触特性評価
第四に、大規模なウルトラショートチャネル2次元トランジスタアレイで優れた包括的な電気特性を示しています。理想的な切り替え挙動を示し、短いチャネル効果を効果的に抑制することができます。室温の弾道速度は79％であり、4マグニチュード電流範囲の平均サブスレッショルドスイングSSは67mV/DECです。平均上の電流密度は0。84ma/μmと同じくらい高い。最大変換は3.2ms/μmに増加します。これは、他の同様の2次元TMDSデバイスよりもほぼ1桁高いです。
図4ウルトラショートチャネルの電気的特性2次元トランジスタスケールアレイ
この作業は、物理的メカニズムの観点から希土類元素Yttriumドープ2次元相変化技術の基本的なプロセスを説明し、高性能2次元トランジスタの大規模なウェーハレベルの調製の実現可能性を実証します。デバイスの重要な電子パラメーターは、高度なノード統合回路の要件を満たし、将来のノード統合回路アプリケーションにおける2次元半導体のパフォーマンスの可能性を実証し、2次元電子機器を実験室から業界まで促進するための重要な理論的参照と実験的基盤を提供します（ラボからファブまで）。
（由来：https：//www.cpc.pku.edu.cn/info/1015/2011.htm）