새로운 방법은 원자적으로 얇은 트랜지스터에서 더 나은 성능을 얻습니다.

Jan 30, 2024

존 티머 - 2023년 3월 21일 오후 3:55 UTC

그래핀과 같이 원자적으로 얇은 물질은 모든 화학 결합이 배열되어 생성된 분자가 시트를 형성하는 단일 분자입니다. 이들은 종종 원자 몇 개 두께의 믿을 수 없을 정도로 작은 특징을 지닌 전자 제품의 생산을 잠재적으로 가능하게 할 수 있는 독특한 전자 특성을 가지고 있습니다. 그리고 이러한 2차원 재료로 제작된 기능성 하드웨어의 예가 많이 있습니다.

그러나 지금까지의 거의 모든 사례는 맞춤형 구성을 사용했으며 때로는 연구자가 개별 재료 조각을 손으로 조작하는 경우도 있었습니다. 따라서 우리는 이러한 재료로 복잡한 전자 장치를 대량 생산할 수 있는 시점에 이르지 못했습니다. 그러나 오늘 발표된 논문에는 2차원 재료를 기반으로 웨이퍼 규모의 트랜지스터 생산 방법이 설명되어 있습니다. 그리고 그 결과 트랜지스터는 전통적인 제조 방식으로 제작된 트랜지스터보다 더 일관되게 작동합니다.

원자적으로 얇은 재료를 기반으로 한 전자제품 생산을 용이하게 하기 위해 이루어진 대부분의 노력에는 이러한 재료를 전통적인 반도체 제조 기술에 통합하는 것이 포함되었습니다. 이러한 기술을 사용하면 대량의 재료를 믿을 수 없을 정도로 미세한 규모로 조작할 수 있기 때문에 이는 의미가 있습니다. 일반적으로 이는 전자 장치에 필요한 금속 배선의 대부분이 전통적인 제조 방식으로 이루어짐을 의미합니다. 그런 다음 2D 재료를 금속 위에 적층하고 기능성 트랜지스터를 형성하기 위해 추가 처리를 수행합니다.

종종 "추가 처리"에는 2D 재료 위에 금속을 적층하는 작업이 포함됩니다. 연구를 진행한 연구자들은 이 방법이 아마도 최선의 방법은 아닐 것이라고 주장합니다. 금속을 증착하면 2D 재료가 손상될 수 있으며 일부 개별 금속 원자가 잠재적으로 2D 재료로 확산되어 더 큰 형상 내에 작은 단락이 발생할 수 있습니다. 이 모든 것은 이 기술을 사용하여 구축된 회로의 성능을 저하시킵니다.

그래서 팀은 회로의 모든 개별 부품을 개별적으로 구성하고 온화한 조건에서 결합하는 방법을 찾아냈습니다. 가장 간단한 부분은 트랜지스터의 게이트를 형성하는 것이었습니다. 이 게이트는 고체 기판에 간단히 패턴화한 후 산화알루미늄으로 코팅했습니다.

이와 별도로 연구팀은 화학적 기상 증착을 통해 이산화규소 표면 위에 원자적으로 얇은 물질(이황화 몰리브덴)의 균일한 시트를 형성했습니다. 그런 다음 해당 시트를 들어 올려 산화알루미늄 위로 옮겨 게이트 위에 원자적으로 얇은 반도체 층을 만들었습니다. 트랜지스터를 형성하기 위해 연구원들은 소스 및 드레인 전극이 누락되었습니다.

그것들은 단단한 표면 위에 배선을 모두 형성하여 완전히 별도로 만들어졌습니다. 그런 다음 배선을 폴리머에 내장하고 전체를 표면에서 벗겨내어 아래쪽 표면에 와이어가 내장된 폴리머 시트를 만들었습니다. 이 폴리머는 그 자체로 늘어나거나 뒤틀릴 수 있을 만큼 충분히 유연하므로 기능적 회로를 형성하는 데 필요한 배선이 게이트와 정렬되지 않습니다. 이러한 왜곡을 제한하기 위해 연구진은 게이트 전극으로 덮인 웨이퍼에 폴리머를 찍어내기 전에 폴리머를 석영 시트에 연결했습니다. 이로써 이황화 몰리브덴 바로 위에 배선이 증착되어 기능성 트랜지스터가 완성되었습니다.

모든 것이 제 위치에 있으면 온화한 조건에서 폴리머를 제거할 수 있으며 플라즈마 에칭을 사용하여 여분의 재료를 잘라낼 수 있습니다. 그 결과, 소스 및 드레인 전극에 대한 반도체의 연결이 물리적으로 서로 옆에 배치된 재료에 의해 간단히 형성된 트랜지스터 모음이 탄생했습니다. 이는 원자적으로 얇은 반도체 재료의 손상 가능성을 제한합니다.

여기에 필요한 모든 처리는 일반적인 반도체 제조보다 훨씬 순조롭지만, 이러한 제조는 궁극적으로 필요한 모든 기능을 형성하여 문제를 단순화합니다. 이 접근 방식이 작동하려면 소스 및 드레인 전극을 게이트와 별도로 만들고 나중에 제자리에 놓아야 합니다. 작은 기능을 갖춘 회로의 경우 매우 정밀한 정렬이 필요합니다.