Malgré ses caractéristiques prometteuses en physique de la matière condensée, le semi-métal triplement dégénéré PtBi2 a été largement inexploré dans ses applications pratiques, notamment dans la technologie des semi-conducteurs. Les principales difficultés comprennent le manque de données empiriques sur l’intégration du PtBi2 avec les composants semi-conducteurs existants et la nécessité d’approches innovantes pour exploiter ses propriétés uniques, telles qu’une stabilité et une mobilité élevées, dans le cadre des contraintes des processus de fabrication électronique actuels.
Relever ces défis pourrait ouvrir de nouvelles possibilités dans la conception de transistors et dans des applications plus larges dans le domaine des semi-conducteurs, ce qui rendrait crucial l’exploration de l’applicabilité pratique du PtBi2 dans l’électronique du monde réel.
Une équipe de recherche du laboratoire Songshan Lake Materials a utilisé avec succès des flocons de PtBi2 comme contact intercalaire entre les électrodes métalliques (Au) et le WS2, un semi-conducteur largement étudié. Cette méthode a considérablement amélioré les performances du transistor, atteignant un rapport de commutation supérieur à 106 et une mobilité moyenne de 85 cm²V⁻¹s⁻¹, répondant ainsi et potentiellement dépassant les exigences strictes des applications de circuits intégrés.
Le travail est publié dans la revue Matériaux à terme.
Les recherches futures devraient explorer diverses architectures de dispositifs basées sur PtBi2, en se concentrant sur l’optimisation de l’interaction entre la miniaturisation des dispositifs et l’amélioration des performances. Compte tenu de ses propriétés électroniques prometteuses, l’application du PtBi2 pourrait s’étendre au-delà des transistors traditionnels jusqu’aux dispositifs optoélectroniques et spintroniques.
« PtBi2 se distingue par sa structure électronique unique, sa stabilité exceptionnelle dans l’air et sa capacité à faciliter les contacts de Van der Waals, ce qui simplifie le processus de fabrication du dispositif et conduit à des performances stables et à long terme du dispositif », a expliqué le professeur Lin, l’un des principaux chercheurs de l’étude.
« Ce matériau réduit non seulement la barrière Schottky, qui constitue un défi courant dans la technologie des transistors, mais évite également l’effet de fixation de Fermi qui se produit lors du dépôt de métal. »
L’un des aspects les plus remarquables de l’étude est l’utilisation d’une technique de transfert non destructive de Van der Waals, qui maintient l’intégrité des matériaux et des interfaces. Les chercheurs pensent que cette méthode offrira une nouvelle voie pour intégrer de nouveaux matériaux dans la technologie des semi-conducteurs.
Les résultats devraient avoir de vastes implications pour l’industrie des semi-conducteurs, fournissant une nouvelle plate-forme matérielle pour développer des dispositifs électroniques plus économes en énergie et dotés de fonctionnalités élevées. L’équipe est optimiste quant aux applications futures du PtBi2, non seulement dans les transistors mais également dans les dispositifs optoélectroniques et spintroniques.
Plus d’information:
Bohan Wei et al, Semimétal triplement dégénéré PtBi2 comme couche intermédiaire de contact van der Waals dans un transistor bidimensionnel, Matériaux à terme (2024). DOI : 10.1088/2752-5724/ad47cf
Fourni par le laboratoire de matériaux du lac Songshan