使用二维材料二硫化铪的MOS晶体管

2016-05-02 11:27:01 来源:n
东京工业大学、日本理化学研究所(理研)以及冈山大学于2016年4月25日宣布,开发出了使用新型二维材料——二硫化铪(HfS2)的MOS晶体管。并以确认这种晶体管具备良好的饱和特性和电流控制特性,开关比达到104,是良好的电子元器件材料。

MOS 晶体管作为LSI的基础元件,缩小元件尺寸对于提高性能来说非常重要,近年来,MOS晶体管的尺寸已经缩小到了通道长度不到10nm的程度。过去的半导体 材料表面存在原子大小的凹凸,在制成极薄的薄膜后,电流传输能力骤降,不可避免地会导致驱动能力降低。而二维材料具有原子级的平整度和厚度(不到 1nm),在极薄的薄膜状态下也有望实现高迁移率。

HfS2属于过渡金属二硫属化物的二维晶群,通过理论计算预测,其单原子层(厚度约为 0.6nm)的电子迁移率为1800cm2/Vs,带隙为1.2eV。这些数值超过了代表性半导体材料——硅的物理性质。最有名的二维材料石墨烯的迁移率 极高,预计可达10万cm2/Vs,但因为没有带隙,作为LSI元件使用时面临削减耗电量的课题。

在实验中,研究人员将通过机械剥离法制 成的厚度为几个原子层的HfS2薄片转印到了基板上。使用原子力显微镜观测到的薄片厚度约为2~10个原子层。在薄片上形成金属电极,制成了以背面的半导 体基板为栅电极的MOS晶体管结构。制作出的元件观测到了良好的开关比,而且在使用电解质作为栅电极的电双层晶体管结构中,驱动电流提高到了在背栅上工作 时的约1000倍以上。

今后,研究人员将通过对HfS2表面进行适当的保护,同时改善与电极的接触等手段,使用固体栅极绝缘膜达到与电解 质电极相当的性能,制造出超低功耗器件。另外,HfS2在与其他二维材料进行异种材料接合时,可能会表现出明显的量子效应,其应用范围有望得到拓展,扩大 到二维通道晶体管等。

此次研究成果已刊登在3月1日发行的《Scientific Reports》杂志上。
  1. EETOP 官方微信

  2. 创芯大讲堂 在线教育

  3. 创芯老字号 半导体快讯

相关文章

全部评论

  • 最新资讯
  • 最热资讯
@2003-2024 EETOP
×