Une révolution technologique se profile à l’horizon et elle est sur le point de changer les appareils que nous utilisons. Sous la direction du professeur Lee Young Hee, une équipe de chercheurs du Centre de physique intégrée des nanostructures de l'Institut des sciences fondamentales (IBS), en Corée du Sud, a dévoilé une nouvelle découverte qui peut grandement améliorer la fabrication de transistors à effet de champ ( FET).
Leurs recherches sont publiées dans Nature Nanotechnology. .
Un transistor à effet de champ (FET) haute performance est un élément essentiel de la prochaine génération de technologies de semi-conducteurs au-delà du silicium. La technologie actuelle du silicium tridimensionnel souffre d'une dégradation des performances du FET lorsque le dispositif est miniaturisé au-delà des échelles inférieures à 3 nm.
Pour surmonter cette limite, les chercheurs ont étudié les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) d'une épaisseur d'un atome (~ 0,7 nm) en tant que plate-forme FET idéale au cours de la dernière décennie. Néanmoins, leurs applications pratiques sont limitées en raison de l'incapacité de démontrer l'intégration à l'échelle de la tranche.
Un problème majeur réside dans les résidus qui se forment lors de la fabrication. Traditionnellement, le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est utilisé comme support pour le transfert du dispositif. Ce matériau est connu pour laisser des résidus isolants sur les surfaces TMD, ce qui génère souvent des dommages mécaniques sur la fragile feuille TMD lors du transfert.
En alternative au PMMA, plusieurs autres polymères comme le polydiméthylsiloxane (PDMS), l'alcool polyvinylique (PVA), le polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), l'éthylène-acétate de vinyle (EVA), la polyvinylpyrrolidone (PVP) et des molécules organiques dont la paraffine, la cellulose. l'acétate et le naphtalène ont tous été proposés comme support de support. Néanmoins, des résidus et des dommages mécaniques sont inévitablement introduits lors du transfert, ce qui entraîne une dégradation des performances du FET.
Les chercheurs de l'IBS ont résolu ce problème et ont réalisé une percée intéressante en exploitant avec succès le carbonate de polypropylène (PPC) pour un transfert humide sans résidus. L'utilisation du PPC a non seulement éliminé les résidus, mais a également permis la production de TMD à l'échelle d'une tranche par dépôt chimique en phase vapeur. Les tentatives précédentes de fabrication de TMD à grande échelle entraînaient souvent des plis qui se produisaient lors du processus de transfert. La faible affinité de liaison entre le PPC et le TMD élimine non seulement les résidus mais également les rides.
M. Ashok Mondal, le premier auteur de l'étude a déclaré :« La méthode de transfert PPC que nous avons choisie nous permet de fabriquer des TMD à l'échelle centimétrique. Auparavant, les TMD se limitaient à être produits à l'aide d'une méthode d'estampage, qui génère des flocons de seulement 30 à 30 cm. 40 μm."
Les chercheurs ont construit un dispositif FET utilisant une électrode de contact semi-métallique Bi avec une monocouche de MoS2 , qui a été transféré par la méthode PPC. Moins de 0,08 % des résidus de PPC restaient sur le MoS2 couche. Grâce à l'absence de résidus interfaciaux, le dispositif s'est avéré avoir une résistance de contact ohmique de RC ~78 Ω-µm, ce qui est proche de la limite quantique. Un rapport marche/arrêt de courant ultra élevé d'environ 10 11 à 15 K et un courant passant élevé d'environ 1,4 mA/µm ont également été obtenus en utilisant le substrat h-BN.
Cette découverte était la première au monde à démontrer la production et le transfert à l’échelle d’une tranche de TMD cultivé par CVD. Le dispositif FET de pointe produit de cette manière s'est avéré avoir des propriétés électriques qui dépassent de loin celles des valeurs précédemment rapportées. On pense que cette technologie peut être facilement mise en œuvre en utilisant la technologie de fabrication de circuits intégrés actuellement disponible.
Le Dr Chandan Biswas, co-auteur de l'étude, a déclaré :"Nous espérons que notre succès dans la technique de transfert de PPC sans résidu encouragera d'autres chercheurs à développer de nouvelles améliorations dans divers dispositifs TMD à l'avenir."
Plus d'informations : Ashok Mondal et al, Faible résistance de contact ohmique et rapport marche/arrêt élevé dans les transistors à effet de champ dichalcogénures de métaux de transition via un transfert sans résidus, Nature Nanotechnology (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01497-x. www.nature.com/articles/s41565-023-01497-x
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Institut des sciences fondamentales
