TSMC достигла успеха в создании 2D-транзисторов на основе дисульфида молибдена

TSMC, в сотрудничестве с тайваньскими учеными, разработала инновационный метод создания транзисторов на основе одноатомного слоя дисульфида молибдена (MoS₂). Это достижение позволяет значительно улучшить управление током и способствует приближению двумерной электроники к массовому производству микросхем. Основной проблемой было не столько использование новых материалов, сколько методы их соединения, так как при близком расположении атомов они начинают влиять друг на друга.

Одной из ключевых сложностей в производстве транзисторов на основе MoS₂ является нанесение затворного изолятора. Из-за почти отсутствия свободных химических связей на поверхности двумерного кристалла, традиционные методы, такие как послойное атомное осаждение (ALD), не обеспечивали формирования сплошных тонких пленок. Использование диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью, таких как HfO2, также приводило к ухудшению подвижности электронов, что тормозило дальнейшую миниатюризацию транзисторов.

В ходе исследования ученые решили создать атомарно тонкий буфер между MoS₂ и диэлектриком, используя метод электронно-лучевого испарения для нанесения алюминия толщиной около 0,3 нм на поверхность MoS₂. Благодаря ван-дер-ваальсовой природе двумерного материала, алюминий образовывал кристаллы с нужной ориентацией Al(111), после чего его окисляли, формируя однородный слой Al2O3. Это обеспечивало подходящую поверхность для осаждения HfO2 и защищало канал транзистора от неблагоприятного воздействия диэлектрика.

В результате экспериментов с транзисторами, изготовленными по новому методу, удалось сократить эквивалентную толщину затворного диэлектрика до 1 нм, сохранив при этом высокую подвижность носителей. Это сочетание характеристик позволяет значительно улучшить крутизну электронных приборов, что важно для дальнейшего уменьшения размеров логических элементов. Однослойный MoS₂, имеющий толщину около 0,7 нм, более устойчив к эффектам в коротких каналах по сравнению с кремнием.

Хотя работа пока демонстрирует лишь научный принцип, она указывает на возможность преодоления одного из основных барьеров в двумерной электронике — создания сверхтонкого затвора без ухудшения характеристик атомарного канала. Новый буферный интерфейс, сформированный на уровне нескольких атомов, становится важной частью транзистора, влияя на его характеристики.