MOSFET на основе углеродных нанотрубков легируют с помощью масштабируемой техники

Дополнительные комплементарные МСФЕТЫ УНТ с полярностью устройств, установленной локализованным допингом по конформному удлинению твердого штата.A) Схема MOSFET CNT Topgate N-Type.Дефекты в SINX на уровнях энергии над краем диапазона CNT-диапазона eC пожертвуют электроны на УНТ, приводя к расширениям и контактам N-типа, который устанавливает полярность устройства на N-тип.б) Схема мосфет с типом P-типа на верхнем воротах.Дипольный слой на интерфейсе SINX/AL2O3 превращает расширения и контакты P-типа, который устанавливает полярность устройства на P-тип.C) ПЭМ-поперечное сечение заполненного MOSFET CNT N-TYPE.г) ПЭМ-поперечное сечение заполненного МОСФЕТА P-типа P-типа.Кредит: природа электроника (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01047-2

В последние годы инженеры по электронике пытались определить материалы, которые могут помочь сократить размер транзисторов, не ставя под угрозу их производительность и энергоэффективность.Низкомерные полупроводники, твердотельные сверхпроводящие материалы с менее чем тремя пространственными измерениями, могут помочь в этом.

Среди низкоразмерных полупроводниковых материалов, которые, как было установлено, являются особенно перспективными для уменьшения длины ворот внутри транзисторов, являются одномерные (1D) углеродные нанотрубки.Тем не менее, наиболее предлагаемые стратегии по допированию этих материалов и контроля полярности внутри них не совместимы с существующими крупномасштабными методами производства электроники.

Исследователи из Калифорнийского университета, Сан-Диего и компании по производству полупроводников в Тайване недавно разработали новые углеродные нанотрубки металлы-оксида-полупроводниковые транзисторы (МОПЕТЫ) с локализованным допингом по удлинению твердого растяжения.Эти транзисторы, представленные в Nature Electronics, достигают замечательных результатов, однако их полярность может контролироваться с использованием стратегии, совместимой с существующими процессами легирования в комплементарном металле-оксиде (CMOS).

«Мы сообщаем о комплементарных нанотрубных нанотрубных мешках с верхними воротами, в которых локализованное допинг удлинения твердого штата используется для установления полярности устройства и достижения соответствия производительности»,-сказал Tech Xplore Зичен Чжан, Матиас Пассак и их коллеги.

“Канал транзисторов остается невыполненным, обеспечивая комплементарные пороговые напряжения между металлом-оксидом-символом и-семинарно-составляющим N-и P-MOSFET +0,29 В и -0,25 В, соответственно. Процесс, совместимый с литейным производством.Из уровней дефектов в нитриде кремния (SINX) для устройств N-типа или электростатического диполя на границе раздела SINX/оксид алюминия (AL2O3) для устройств P-типа ».

Исследователи проверили прототип своих устройств на основе углеродных нанотрубков в серии тестов.Они также сравнили результаты этих экспериментов с требованиями, которые были установлены для будущих масштабируемых MOSFET.

Хотя исследователи все еще находятся на ранних стадиях разработки и тестирования предлагаемых транзисторов, они уже достигли очень многообещающих результатов.Примечательно, что показатели транзисторов были сопоставимы с показателями других ранее зарегистрированных МСФЕТС, основанных на низкоразмерных полупроводниках, однако они также совместимы с существующей технологией CMOS, поэтому их может быть легче в будущем.

«Мы наблюдаем, как плотность дефектов SINX приближается к 5 × 1019 см -3, что может поддерживать плотность носителей углеродных нанотрубков 0,4 нм -1 в расширениях масштабированных устройств нанотрубков», - написали Занг, Пассак и их коллеги.«Наша техника потенциально применима к другим передовым полевым материалам транзисторного канала, включая двумерные полупроводники».

Новые транзисторы, созданные командой, могут внести свой вклад в будущее создание меньшей, высокопроизводительной и масштабируемой электроники на основе 1D углеродных нанотрубок.Исследователи планируют продолжать улучшать и тестировать свои транзисторы с надеждой завершить свой дизайн к 2031 году.

«Мы изготовили дополнительные межфутсе-состав CNT, для которых установлена полярность устройств, и сопоставление производительности осуществляется исключительно путем локализованного конформного допинга удлинения твердого состояния, модуля, который совместим с ресурсами CMOS Foundry»,-заключили исследователи в своей статье.«Локализация допинга до расширений только является важным аспектом этого подхода и снижает изменчивость устройства к устройству в краткосрочном устройстве, поскольку колебания легирования являются существенным источником изменчивости».

Больше информации: Zichen Zhang et al., Комплементарные металлотрубные металлотрубные нанотрубки-оксид-эемидоногуторные транзисторы с локализованным допингом удлинителя твердого состояния, природной электроникой (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01047-2