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2024-07-01 | 科技島

釔摻雜的二維電晶體 克服高接觸電阻障礙



釔摻雜的二維電晶體 克服高接觸電阻障礙


北京大學與中國科學院的研究人員透過在二硫化鉬電晶體表層中,摻雜了稀土元素釔,成功改善二維材料的能帶排列,解決了半導體與金屬層接觸面的費米能階釘扎現象,避免了巨大阻抗使得電流難以通過的難題。


編譯/高晟鈞




北京大學與中國科學院的研究人員透過在二硫化鉬電晶體表層中,摻雜了稀土元素釔,成功改善二維材料的能帶排列,解決了半導體與金屬層接觸面的費米能階釘扎現象,避免了巨大阻抗使得電流難以通過的難題。





釔摻雜的二維電晶體 克服高接觸電阻障礙
二維電晶體中的金屬與半導體材料接觸面(蕭特基接觸),會形成一種能量障壁,稱為蕭特基能障(Schottky Barrier)。(示意圖/123RF)



費米能階釘扎是什麼?




二維電晶體中的金屬與半導體材料接觸面(蕭特基接觸),會形成一種能量障壁,稱為蕭特基能障(Schottky Barrier)。由於接觸面缺陷,導致某個能級上的能態數量過多,可以接受大量自由電子和空穴,導致半導體摻雜引入的電子或電洞全部填充到缺陷能階中,因此費米能階無法上升或下降,這種現象便被稱為費米能階釘扎(Fermi Level Pinning)。




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簡單來說,可以想像一個側面開了孔的寶特瓶,往裡面加水時只要水達到孔洞高度,無論再加多少水,這個系統的液面都不會再升高了。而如何解決二維電晶體中,金屬層與二維半導體間的費米能階釘扎現象,是突破二維材料大規模製造瓶頸的關鍵所在。




釔摻雜改善能帶排列




現今有兩種主流的策略被用來解決費米能階釘扎的難題:對半導體進行重摻雜,或是在界面處引入薄介電層來解耦(去耦合)金屬-半導體的相互作用。




研究人員開發了一種特殊的「等離子體沉積退火」技術來實現MoS2表層的釔摻雜。由於超精細圖案結構的製備、退火後良好的熱穩定性以及全固態特性,這種PDA摻雜製程可以與先進節點製程的晶圓相容與整合。此外,研究團隊還發明了一種名為選擇性區域單原子層表面摻雜的技術,成功突破傳統工程限制(5nm),首次實現摻雜深度達到0.5nm的原子層極限。




研究團隊所開發的釔摻雜二維電晶體具有良好的歐姆接觸性能,以及出色的開關能力。未來,這些電晶體有望幫助新型1奈米晶片,用於建構更高性能且能耗更低的大規模集成電路。




資料來源:TechXplore



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