Разработана технология выращивания сверхминиатюрной высокопроизводительной электроники непосредственно на двумерных полупроводниках

Однако для создания транзисторов и других электронных компонентов на основе двумерных материалов инженерам необходимо уметь подключать к ним электрические соединения и надёжно формировать омические контакты, которые обеспечивают свободное прохождение электрического тока через получившиеся устройства. По мере уменьшения размеров устройств требуются и более мелкие контакты, которые, как оказалось, очень сложно присоединить к двумерным полупроводникам.

Исследователи из Нанкинского университета и других институтов Китая недавно представили новую стратегию надёжного выращивания сверхкоротких контактов из полуметаллического сурьмяного кристалла с низким сопротивлением непосредственно на MoS₂.

Их подход, описанный в статье, опубликованной в Nature Electronics, позволил им создать сверхмалые и высокопроизводительные транзисторы на основе двумерного полупроводникового материала.

«Несмотря на большой объём работы и большие ожидания со стороны научных кругов и промышленности, масштабирование 2D-полупроводниковых транзисторов до 1-нанометрового техпроцесса и выше так и не было достигнуто», — рассказал Tech Xplore Синьжань Ван, старший автор статьи.

«Предыдущие работы по масштабированию устройств в основном были сосредоточены на масштабировании каналов, но именно контакт ограничивает производительность устройства. Одной из основных проблем является высокое контактное сопротивление Rc при экстремально большой длине контакта. Сопротивление Rc зависит от длины контакта Lc как , где длина переноса LT — это масштаб длины, в котором носители заряда могут перемещаться из металла в полупроводник.

«Для техпроцесса в 1 нм требуется, чтобы LT было меньше 20 нм, что очень сложно обеспечить для ван-дер-ваальсовых контактов, которые обычно используются в двумерных полупроводниках».

Основной целью недавнего исследования Вана и его коллег была разработка контактов, которые сохраняют сверхнизкое сопротивление даже при значительном уменьшении их размера. Кроме того, они стремились надёжно прикрепить эти контакты к двумерным материалам, создав транзисторы, которые демонстрируют отличные характеристики и соответствуют целевым размерам в данной области (например, техпроцесс 1 нм, с шагом контакта затвора менее 40 нм).

Исследователи изготовили контакты из кристаллической полуметаллической и вырастили их непосредственно на монослойной плёнке MoS₂ методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Этот метод используется для выращивания ультратонких слоёв кристаллов атом за атомом с высокой точностью на нужной подложке.

Сверхмалый транзистор на основе MoS2 с плотными контактами из кристаллов Sb(011 ̅2). Источник: Du et al. (Nature Electronics, 2025).

«Мы использовали метод молекулярно-лучевой эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума для нанесения омических контактов из кристаллической сурьмы», — объяснил Вэйшен Ли, соавтор статьи.

«Процесс начинается с нагрева подложки при осаждении атомов сурьмы с точно контролируемой скоростью, что даёт атомам достаточно времени для перехода в состояние с наименьшей энергией. Это позволяет атомам сурьмы спонтанно выстраиваться в определённую кристаллическую ориентацию Sb(012), образуя тесный контакт с MoS₂».

Стратегия на основе MBE, предложенная исследователями, имеет значительные преимущества перед другими широко используемыми методами осаждения тонких плёнок, основанными на испарении. В частности, было обнаружено, что с её помощью можно получать высококачественные, практически однофазные кристаллы Sb(012) с размером зёрен, превышающим исходный на два порядка.

«Благодаря высокому качеству контактное сопротивление практически не меняется вплоть до 18 нм, в то время как в контактах из сурьмы, полученных методом электронно-лучевой эпитаксии, оно начинает меняться при 60 нм, — сказал Ли. — Полученное значение LT ~13 нм, и, насколько нам известно, это единственная технология 2D-полупроводниковых контактов, которая соответствует целевому показателю в 1 нм».

Источник: https://russianelectronics.ru/razrabotana-tehnologiya-vyrashhivaniya-sverhminiatyurnoj-vysokoproizvo...