Интеграция 2D-материалов пластин и металлические электроды с контактами Ван дер Ваальса

Иллюстрация переноса электрода и метода все складывания.Схематическая схема металлического электрода отключает процесс отключения фторфлогопита слюды (F-MICA) с границей Van Der Waals (VDW).B Иллюстрация метода All-Stacking.C Процесс четырех квадратных дюймов переноса электрода, Al и SL представляют собой слой адгезии и поддерживающий слой соответственно.D Оптические изображения электродов AU, нанесенные на F-MICA (слева) и перенесены неповреждены на кремниевый субстрат (справа).e Стволовое изображение ствола сложенного интерфейса Au/Res2.f Au и re-элементное распределение при поперечном сечении сложенного интерфейса Au/RES2.Кредит: Природная связь (2024).Doi: 10.1038/s41467-024-49058-7

В обычных процессах изготовления для 2D -электрических устройств осаждение металлических электродов является критическим шагом.Высокоэнергетические атомы металлов, нанесенные на поверхности двухмерных материалов, могут легко повредить их решетки, в конечном итоге ухудшая электрические характеристики устройства.Следовательно, достижение надежного электрического контакта между 2D -материалами и металлическими электродами имеет решающее значение для улучшения производительности 2D -электрических устройств.

Недавние исследования показали, что для 2D -электронных устройств, реализация контакта VDW имеет перспективы для решения вышеуказанных проблем.Контакт VDW относится к взаимодействию между 2D -материалами и металлическими электродами через силы VDW.Этот метод позволяет избежать введения многочисленных дефектов и может достичь хорошего электрического контакта, предлагая лучшую работу и потенциал для крупномасштабного применения.

Для достижения надежных 2D-контактов VDW, команда разработала технику всеобъемлющего стека.Этот метод позволил получить прямую укладку металлических электродов на двухмерные материалы во время изготовления двухмерных электрических устройств, избегая таких шагов, как осаждение металла и, таким образом, защита 2D -материалов от повреждения при достижении превосходных электрических характеристик.

В частности, 2D-электрические устройства, изготовленные с использованием этой техники, имели острые металлические контактные интерфейсы металла, с гладкими и прозрачными промежутками VDW на границе раздела и без легирования атома металла со стороны 2D-материала.Это указывало на то, что высококачественный контакт VDW был сформирован между металлическими электродами и 2D-полупроводником.

Из-за улучшенного границы контакта 2D-полупроводниковые транзисторы, изготовленные с использованием этого метода, показали более чем на 95% снижение тока вне состояния и уменьшение подпорогового качания на 50% по сравнению с теми, которые изготовлены с использованием процессов осаждения металла.Они также обладали более высоким коэффициентом выключения, что делает их более выгодными для интегрированных цепей с низкой мощью.

Чтобы продемонстрировать потенциал метода сборочной ткани для производства масштаба пластин, команда изготовила множество полевых транзисторов на основе дисульфида молибдена молибдена с использованием этой техники.Выход устройства достигал 98,4%, демонстрируя отличную консистенцию и стабильность.

Среднее соотношение выключения транзисторного матрица составило 6,8 × 106, причем 91,3% устройств имели соотношение выключения, превышающее 106. Превосходная производительность и высокая согласованность транзисторного матрица продемонстрировали преимущества техники All-Stackingв достижении надежного контакта для 2D электронных устройств.

Метод всеобъемлющего стека, разработанный в этом исследовании, оптимизирует межфазный контакт между 2D-материалами и металлическими электродами, обеспечивая эффективный, высококачественный и универсальный подход для приготовления 2D электронных устройств.Ожидается, что исследование обеспечит новый технический путь для производства промышленного уровня будущих 2D-электронных устройств.

Исследовательская группа руководил профессором Зэн Хуалинг, профессором Цяо Чженхуа и профессором Шао Сян из Университета науки и техники Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS).

More information: Xiaodong Zhang et al, Reliable wafer-scale integration of two-dimensional materials and metal electrodes with van der Waals contacts, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49058-7