시트에서 스택까지, 새로운 나노구조 프로

Mar 01, 2024

다층 평면 내 전이 금속 디칼코게나이드 접합으로 실현된 새로운 TFET

도쿄도립대학

이미지: 화학 기상 증착을 사용하여 다른 TMDC에서 다층 TMDC 구조를 성장시킬 수 있습니다.더보기

크레딧: 도쿄도립대학교

일본 도쿄 - 도쿄 메트로폴리탄 대학의 과학자들은 평면 내에서 만나 접합을 형성하는 전이 금속 디칼코게나이드의 다층 나노구조를 성공적으로 설계했습니다. 그들은 니오븀 도핑된 이황화 몰리브덴 파편의 가장자리에서 이황화 몰리브덴의 다층 구조 층을 성장시켜 두껍고 결합된 평면형 헤테로 구조를 만들었습니다. 그들은 이것이 초저전력 소비를 갖는 집적 회로의 구성 요소인 새로운 터널 전계 효과 트랜지스터(TFET)를 만드는 데 사용될 수 있음을 입증했습니다.

전계 효과 트랜지스터(FET)는 거의 모든 디지털 회로의 중요한 구성 요소입니다. 그들은 걸리는 전압에 따라 전류의 흐름을 제어합니다. 금속 산화물 반도체 FET(또는 MOSFET)가 오늘날 사용되는 FET의 대부분을 구성하고 있지만, 더 적은 전력을 사용하여 점점 더 까다롭고 컴팩트한 장치를 구동할 수 있는 차세대 재료에 대한 연구가 진행 중입니다. 터널링 FET(또는 TFET)가 등장하는 곳입니다. TFET는 양자 역학 효과로 인해 전자가 일반적으로 통과할 수 없는 장벽을 통과할 수 있는 효과인 양자 터널링에 의존합니다. TFET는 훨씬 적은 에너지를 사용하고 기존 FET에 대한 유망한 대안으로 오랫동안 제안되어 왔지만 과학자들은 아직 확장 가능한 형태로 이 기술을 구현하는 방법을 찾지 못했습니다.

Yasumitsu Miyata 부교수가 이끄는 Tokyo Metropolitan University의 과학자 팀은 전이 금속과 16족 원소의 혼합물인 전이 금속 디칼코게나이드에서 나노구조를 만드는 연구를 진행해 왔습니다. 전이 금속 디칼코게나이드(TMDC, 2개의 칼코겐 원자에서 1개의 금속 원자로)는 TFET를 생성하기 위한 탁월한 후보 물질입니다. 최근의 성공을 통해 그들은 전례 없는 길이에 걸쳐 단일 원자 두께의 결정질 TMDC 시트 층을 함께 연결할 수 있었습니다. 이제 그들은 TMDC의 다층 구조에 관심을 돌렸습니다. 화학기상증착(CVD) 기술을 사용함으로써 그들은 기판에 장착된 적층된 결정면의 가장자리에서 다른 TMDC를 성장시킬 수 있음을 보여주었습니다. 그 결과 여러 층 두께의 평면 내 접합이 탄생했습니다. TMDC 접합에 대한 기존 연구의 대부분은 서로 적층된 단층을 사용합니다. 이는 면내 접합의 탁월한 이론적 성능에도 불구하고 이전 시도에서는 TFET 작동에 필요한 높은 정공 및 전자 농도를 실현할 수 없었기 때문입니다.

이셀레나이드 텅스텐에서 성장한 이황화 몰리브덴을 사용하여 기술의 견고성을 입증한 후, 그들은 p형 반도체인 니오븀 도핑 이황화 몰리브덴에 관심을 돌렸습니다. 연구팀은 n형 반도체인 도핑되지 않은 이황화 몰리브덴의 다층 구조를 성장시켜 전례 없이 높은 캐리어 농도를 갖는 TMDC 사이의 두꺼운 pn 접합을 구현했습니다. 또한 그들은 접합부에서 전압이 증가하면 전류가 점점 더 적게 증가하는 음의 차동 저항(NDR) 경향이 나타나는 것을 발견했습니다. 이는 터널링의 주요 특징이자 이러한 나노 물질이 TFET로 진출하기 위한 중요한 첫 번째 단계입니다.

팀이 채택한 방법은 넓은 영역에 걸쳐 확장 가능하므로 회로 제조 중 구현에 적합합니다. 이는 미래의 응용 분야에 적용될 수 있기를 희망하는 현대 전자 제품에 대한 흥미롭고 새로운 개발입니다.

이 작업은 JSPS KAKENHI 보조금 지원, 보조금 번호 JP20H02605, JP21H05232, JP21H05233, JP21H05234, JP21H05237, JP22H00280, JP22H04957, JP22H05469, JP22J14738, JP21K14484, JP20K22323, JP20H00316, JP20H02080, JP20K05253, JP20H05664, JP18H01822, JP21K04826, JP22H05445 및 JP21K14498, CREST 승인 번호 JPMJCR16F3 및 일본 과학 기술청 FOREST 승인 번호 JPMJFR213X.