Ученые создали «грунтовку» толщиной 0,42 нм для транзисторов будущего

Тайваньские исследователи разработали буферный слой толщиной около 0,42 нм для транзисторов на основе дисульфида молибдена. Прослойка из оксида алюминия помогает равномерно сформировать диэлектрик рядом с проводящим каналом и снизить токи утечки. Технология предназначена для двумерных полупроводников, которые можно получать в виде листов атомарной толщины.

В обычном транзисторе затвор управляет движением электронов через полупроводниковый канал, а диэлектрик изолирует эти элементы друг от друга. Чем тоньше изолятор, тем сильнее затвор контролирует ток. Для дальнейшего уменьшения размеров это особенно важно, но поверхность дисульфида молибдена почти не содержит свободных химических связей. Поэтому традиционные диэлектрики плохо формируют на ней однородное покрытие.

Из-за дефектов в изоляторе появляются пути для утечки тока, а нарушения на границе материалов мешают движению электронов. Исследователи нанесли на поверхность MoS₂ слой алюминия толщиной около 0,3 нм, после чего аккуратно окислили его. Так образовалась сплошная прослойка оксида алюминия толщиной примерно 0,42 нм, то есть всего в несколько атомов.

Буферный слой выполняет две функции. Он помогает основному диэлектрику формироваться равномерно, без микроскопических отверстий, а также защищает полупроводниковый канал от электрических дефектов и воздействия верхнего изолятора. С использованием этой технологии ученые изготовили экспериментальные транзисторы на основе MoS₂.

Новая структура обеспечила управление затвором, сопоставимое с результатом для диоксида кремния толщиной около 1 нм. При этом транзисторы сохранили низкие токи утечки и хорошую подвижность носителей заряда. Одна сверхтонкая прослойка позволила использовать тонкий изолятор и эффективно управлять каналом без заметного ухудшения движения электронов.

До промышленного производства технология еще не готова. Сейчас она требует переноса слоев MoS₂, осаждения материалов в условиях сверхвысокого вакуума и точно контролируемого окисления. Эти операции предстоит упростить и адаптировать к массовому выпуску полупроводников.