Une équipe de chercheurs en Chine a développé un matériau à haute conductivité qui pourrait réduire considérablement la résistance de contact et la hauteur de la barrière Schottky dans les parties critiques des micropuces électroniques et optoélectroniques, ouvrant la voie à des composants informatiques et d’imagerie numérique qui consomment moins d’énergie par rapport à leurs performances que chipsets existants.
Le matériau, le bisulfure de molybdène (MoS2) est si fin qu’il tombe dans une classification bidimensionnelle. C’est-à-dire qu’il est développé en feuilles s’étendant dans deux directions, X et Y, mais pratiquement incommensurable sur un axe Z car le matériau n’a souvent qu’une seule molécule ou atome de hauteur.
L’équipe, dirigée par le professeur Dong Li et le professeur Anlian Pan, du Collège des sciences et de l’ingénierie des matériaux de l’Université du Hunan, a publié ses conclusions dans Nano-recherche.
Dans l’article, « Epitaxial van der Waals Contacts for Low Schottky Barrier MoS2 Field Effect Transistors », les auteurs soulignent comment les matériaux 2D ont attiré une attention considérable en raison de leurs états électroniques abondants et accordables et de leurs diverses propriétés optiques, électroniques et mécaniques, qui font en font des blocs de construction prometteurs pour les futurs dispositifs électroniques et optoélectroniques hautes performances, tels que les transistors, les photodétecteurs et les diodes électroluminescentes.
L’expérience était un effort pour répondre. « Les performances d’un transistor semi-conducteur 2D reposent principalement sur les connexions microscopiques entre les composants d’une puce, et la qualité de ces connexions dépend en fin de compte du matériau utilisé dans ces points de contact, qui sont toujours des métaux obtenus par évaporation thermique, limitant les performances de Transistors à base de matériaux 2D », a déclaré Li.
Dans le but de développer un point de contact plus performant, l’équipe de Li a utilisé du tellurure de bismuth (Bi2Te3), un métalloïde et semi-métal hautement conducteur en combinaison avec du MoS2 semi-conducteur. La croissance de ces cristaux de nanofeuillets métalloïdes ensemble en tant qu’hybride a donné des résultats initialement prometteurs.
« Les tentatives de ces dernières années pour réaliser des contacts semi-conducteurs à croissance épitaxiale ont réussi en laboratoire, mais n’étaient probablement pas des candidats pour être mis à l’échelle au niveau qui serait nécessaire pour fabriquer des puces et d’autres dispositifs », a déclaré Li.
« La plupart de ces méthodes mettent en avant des exigences strictes pour la préparation des matériaux et la fabrication stricte et sont difficilement compatibles avec d’autres processus de fabrication dans les circuits intégrés. La réalisation de matériaux 2D semi-conducteurs de haute qualité et d’un excellent contact en même temps est essentielle pour des applications de dispositifs fiables. «
Le processus de fabrication de ce contact expérimental de van der Waals impliquait l’empilement vertical de MoS2 et de Bi2Te3 dans un processus de synthèse en deux étapes. Au fur et à mesure de la croissance de la monocouche de MoS2, de la poudre de trioxyde de molybdène (MoO3) et de la poudre de soufre ont été placées respectivement au centre et au flux supérieur du four, et un morceau de substrat de dioxyde de silicium (SiO2) a été placé en aval d’un tube de quartz.
Pour la deuxième étape de croissance de la nanofeuille de Bi2Te3, la poudre de Bi2Te3 et les nanofeuilles de MoS2 telles que développées ont été placées respectivement au centre et en aval du tube de quartz. Après 5 minutes de croissance, des hétérostructures MoS2/Bi2Te3 ont été obtenues.
Les chercheurs ont observé que la température de croissance et le débit de gaz pendant le processus de croissance pouvaient influencer l’épaisseur et les sites de nucléation des nanofeuilles de Bi2Te3.
L’équipe a utilisé une variété de techniques électriques et d’imagerie pour observer l’apparence et les performances conductrices des nanofeuilles hybrides et a constaté que la nouvelle méthode de contact surpassait largement les contacts en or, qui sont utiles comme mesure de base en raison de la fréquence de l’or dans la fabrication de puces.
La nouvelle méthode de contact a été testée à différentes températures ambiantes et a maintenu de bonnes performances à température ambiante, une étape clé pour faire de la méthode de contact semi-conducteur MoS2/Bi2Te3 un bon candidat pour une future viabilité commerciale.
« En combinant les multiples avantages, les contacts épitaxiaux van der Waals Bi2Te3 fournissent une nouvelle stratégie pour l’application du MoS2 2D dans les futurs dispositifs optoélectroniques », a déclaré Li.
« Maintenant que nous avons établi la fonctionnalité des contacts Bi2Te3 dans un environnement de laboratoire contrôlé, les prochaines étapes consisteront à continuer à étudier et à optimiser cette méthode, dans l’espoir que cette nouvelle technologie pourra éventuellement être adoptée pour une utilisation généralisée dans des environnements plus puissants, électronique à faible consommation d’énergie. »
Plus d’information:
Huawei Liu et al, Contacts épitaxiaux de van der Waals pour les transistors à effet de champ MoS2 à faible barrière Schottky, Nano-recherche (2022). DOI : 10.1007/s12274-022-5229-y
Fourni par Tsinghua University Press