Kontakteja 2D-transistoreille

Topologiset puolimetalliset sähköiset kontaktit voivat vähentää merkittävästi kontaktiresistanssia ja parantaa 2D-puolijohdetransistorin energiatehokkuutta.

Kaksiulotteisia (2D) puolijohteita on pidetty uutena vaihtoehtona seuraavan sukupolven ultrakompaktille laskentaelektroniikalle. Koska niiden erittäin ohut runko on tyypillisesti vain muutaman atomin paksuinen, sähköisiä kytkentätoimintoja voidaan hallita tehokkaasti, ilman erikoisrakenteita kuten FinFET ja Gate-All-Around.

Transistoria valmistettaessa 2D-puolijohde on kuitenkin saatettava sähköiseen kontaktiin kahden metallipalan kanssa eli lähteen ja nielun kanssa. Nykyiset prosessit luovat kuitenkin epätoivottavan suuren sähköisen resistanssin eli kontaktiresistanssin lähteelle ja nielulle.

Nämä haitalliset vaikutukset voivat vakavasti rajoittaa 2D-materiaalien potentiaalia puolijohdeteollisuudessa. Sen metallin etsiminen, joka ei tuota suurta kontaktiresistanssia, kun se kiinnitetään 2D-puolijohteeseen, on toistaiseksi jatkuva pyrkimys.

Singapore University of Technology and Design (SUTD) johtama tutkimusryhmä on löytänyt uuden strategian kontaktiresistanssin ongelman ratkaisemiseksi 2D-puolijohteissa.

Suorittamalla tiheysfunktionaalisen teorian (DFT) laskennallista simulaatiota tutkimusryhmä havaitsi, että Na3Bi:tä voidaan käyttää metallikontaktina 2D-puolijohteille erittäin pienellä kontaktiresistanssilla. Kyseessä on äskettäin löydetty topologisen puolimetalli, jonka johtavaa luonnetta suojaa kidesymmetria.

"Havaitsimme, että Na3Bi:n ja 2D-puolijohteen väliin muodostuva Schottky-esteen korkeus on yksi pienimmistä teollisuuden yleisesti käyttämistä metalleista", sanoi Yee Sin Ang, yksi SUTD-tutkimusryhmän johtavista tutkijoista.

Na3Bi:n ja kahden yleisesti tutkitun 2D-puolijohteen, MoS2:n ja WS2:n, välille muodostettu Schottky-este on huomattavasti alhaisempi kuin monilla yleisesti käytetyillä metalleilla, kuten kullalla, kuparilla ja palladiumilla.

"Tärkeää on, että havaitsimme, että kun Na3B on kontaktissa 2D-puolijohteisiin, 2D-puolijohteen sisäiset elektroniset ominaisuudet säilyvät.", sanoi SUTD:n tiedotteessa tutkimusryhmän DFT-asiantuntija tohtori Liemao Cao.

2D-puolijohteet voivat 'sulautua' yhteen kontaktimetallin kanssa ja muuttua metalliseksi, jolloin ne menettävät alkuperäiset ominaisuutensa. Tutkimusryhmä havaitsi, että Na3Bi-ohutkalvo ei metalloi 2D-puolijohteita. Na3Bi-ohutkalvon käyttäminen metallikontaktina 2D-puolijohteeseen voi siten olla erittäin hyödyllinen laitesovelluksissa, kuten valodetektoreissa, aurinkokennoissa ja transistoreissa.

Aiheesta aiemmin: Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille