ブログ

Aug 01, 2023

P

高性能 p 型二次元 (2D) トランジスタは、2D ナノエレクトロニクスの基礎です。 しかし、高品質で大規模な p 型 2D を作成するための信頼できる方法が不足しています。

抽象的な

高性能 p 型二次元 (2D) トランジスタは、2D ナノエレクトロニクスの基礎です。 しかし、高品質で大規模な p 型 2D 半導体を作成するための信頼できる方法と適切なメタライゼーション プロセスの欠如は、この分野の将来の発展のために対処する必要がある重要な課題を表しています。 今回我々は、フェルミ準位調整された1T'相半金属コンタクト電極を備えたスケーラブルなp型2D単結晶2H-MoTe2トランジスタアレイの作製を報告する。 異常粒子成長により多結晶 1T'-MoTe2 を 2H 多形に変換することにより、超大型の単結晶ドメインと空間的に制御された単結晶アレイを備えた 4 インチ 2H-MoTe2 ウェーハを低温 (~500 °C) で作製しました。 。 さらに、リソグラフィパターニングと1T'半金属と2H半導体の層ごとの統合によるオンチップトランジスタを実証します。 1T'-MoTe2 電極の仕事関数変調は、3D 金属 (Au) パッドを堆積することによって達成され、その結果、接合界面の接触抵抗が最小限 (~0.7 kΩ・μm) でショットキー障壁高さがほぼゼロ (~14 meV) になりました。これにより、2H-MoTe2 トランジスタでは高いオン電流 (約 7.8 μA/μm) とオン/オフ電流比 (約 105) が得られます。

UNISTの材料科学工学科および半導体材料デバイス工学研究科のSoon-Yong Kwon教授率いる研究チームは、モリブデンテルルを使用した高性能p型半導体デバイスの製造において大きな進歩を達成した。化合物半導体（MoTe2）。 この先駆的な技術は、超微細技術が重要となる次世代の相補型金属酸化物半導体（CMOS）産業での応用が大いに期待されています。

CMOS デバイスは、p 型半導体と n 型半導体の相補的結合に基づいています。 CMOSデバイスは消費電力が低いことで知られ、PCやスマートフォンなどの日常的な電子機器に広く使用されています。 シリコンベースのCMOSが普及している一方で、構造が薄いため、将来の半導体の潜在的な候補として二次元材料への関心が高まっています。 しかし、これらの材料上に三次元金属電極を形成する際の製造プロセス中に課題が生じ、界面にさまざまな欠陥が発生します。

クォン教授のチームとイ・ジョンフン教授のチームが主導したこの研究努力では、独特の特性を示すことで知られるMoTe2化合物を利用した高性能p型半導体デバイスの開発に焦点を当てた。 化学反応によって薄膜を形成できる化学気相成長法（CVD）を用いて、高純度で大面積の4インチMoTe2ウェーハの合成に成功した。

主要な革新は、電荷キャリアの侵入を防ぐ効果的に変調する二次元の半金属上に三次元の金属を堆積することによって仕事関数を制御することにある。 さらに、このアプローチは、二次元金属の保護膜として機能する三次元金属を利用するため、歩留まりが向上し、トランジスタアレイデバイスの実装が可能になります。

「私たちの研究の重要性はMoTe2を超えて広がっています」とSora Jang氏（UNIST材料科学工学修士/博士課程複合プログラム）は説明した。 「開発されたデバイス製造方法は、さまざまな二次元材料に適用でき、この分野のさらなる進歩への扉を開きます。」

この研究は、UNIST材料科学部のSoon-Yong Kwon教授（共同責任著者）、Zonghoon Lee教授（共同責任著者）、UNIST物質科学部のSeunguk Song博士（共同筆頭著者）によって共同で実施されました。ペンシルベニア大学、Aram Yuon 博士 (共同筆頭著者)、および Sora Jang (共同筆頭著者)。

この画期的な研究結果は、2023年8月7日のNature Communicationsオンライン版での正式発表に先立って公開されました。この研究は、UNIST、基礎科学研究所、国立研究財団の2020年度研究資金によって支援されました( NRF)、情報通信科学省 (MSIT) の資金提供を受けています。