Lors de la réunion internationale IEEE sur les dispositifs électroniques de cette année (7-11 décembre 2019), imec rapporte une étude approfondie des transistors mis à l'échelle avec MoS 2 et démontre les meilleures performances de l'appareil à ce jour pour de tels matériaux.

MoS 2 est un matériau 2-D, ce qui signifie qu'il peut être cultivé sous une forme stable avec une épaisseur presque atomique et une précision atomique. Imec a synthétisé le matériau jusqu'à la monocouche (0,6 nm d'épaisseur) et a fabriqué des dispositifs avec un contact et une longueur de canal à l'échelle, aussi petit que 13 nm et 30 nm respectivement. Ces dimensions très réduites, combiné avec une épaisseur d'oxyde de grille mise à l'échelle et un diélectrique K élevé, ont permis la démonstration de certaines des meilleures performances de l'appareil à ce jour. Plus important encore, ces transistors permettent une étude complète des propriétés fondamentales des dispositifs et l'étalonnage des modèles TCAD. Le modèle TCAD calibré est utilisé pour proposer un chemin réaliste pour l'amélioration des performances. Les résultats présentés ici confirment le potentiel des matériaux 2-D pour une mise à l'échelle extrême des transistors, bénéficiant à la fois aux applications de logique et de mémoire hautes performances.

Des études théoriques recommandent les matériaux 2-D comme matériau de canal parfait pour une mise à l'échelle extrême des transistors, car seuls peu d'effets de canal court sont attendus par rapport aux dispositifs actuels à base de silicium. Des indices de ce potentiel ont déjà été publiés avec des transistors uniques en leur genre construits sur des flocons naturels de matériaux 2D.

Pour la première fois, imec a testé ces découvertes théoriques grâce à un ensemble complet de données de transistors basées sur des matériaux 2D. Les appareils avec la plus petite empreinte ont une longueur de canal de 30 nm et Pas de contact <50nm. Un courant ON aussi élevé que 250 µA/µm a été démontré avec un diélectrique de grille SiO2 de 50 nm. Sur un courant de ~ 100 µA/µm et une excellente SSmin de 80mV/dec (pour VD =50mV) ont été démontrés avec 4nm HfO2 dans une configuration backgated. Les performances de l'appareil ne sont pas affectées par la mise à l'échelle de la longueur de contact, confirmer que les porteurs sont injectés depuis le bord du métal de contact directement dans le canal, en ligne avec les simulations TCAD. Les travaux confirment que les modèles TCAD capturent de grandes parties de la physique des dispositifs et guident la validation expérimentale et la cartographie de l'espace d'application. Une partie de l'article présenté à l'IEDM, est dédié à la définition de la voie de l'optimisation des appareils pour atteindre les objectifs de performances de type Si.

"Bien qu'il soit encore à un ordre de grandeur des transistors Si, nous avons amené nos dispositifs MOSFET dans un domaine où ils montrent des performances prometteuses pour les futures applications logiques et de mémoire, " dit Iuliana Radu, directeur de Exploratory and Quantum Computing imec. "Pour combler cet ordre de grandeur, nous avons identifié une voie d'améliorations systématiques telles qu'une réduction supplémentaire de l'épaisseur de l'oxyde de grille, la mise en place d'une architecture à double portail, et une réduction supplémentaire des défauts de canal et d'interface. Nous transférons ces informations à notre plate-forme de tranches de 300 mm pour les transistors avec des matériaux 2D, qui a été annoncé à l'IEDM de l'année dernière."

"En tant que pôle de recherche et d'innovation de premier plan, c'est le rôle d'imec de pousser la mise à l'échelle des appareils vers la limite ultime. Nous relevons ce défi en étudiant différentes options de mise à l'échelle, fournir des projections optimales, et guider l'industrie à adopter les solutions proposées, a déclaré Luc Van den hove, PDG de l'IMEC. « Nos partenaires attendent de nous que nous montrons la voie et que nous les soutenions dans la réalisation de leurs feuilles de route en démontrant le potentiel des concepts innovants et des nouveaux matériaux. C'est pourquoi je suis ravi que nous ayons démontré d'excellentes performances dans des dispositifs ultra-scalés avec des matériaux 2D. , et une voie crédible vers de nouvelles améliorations visant la production de masse dans les usines industrielles de 300 mm. »