半导体学院在二维半导体超薄介电层集成技术研究取得重要进展

时间:2022-12-08 12:29 点击:

近日,半导体学院(集成电路学院)和物理与微电子科学学院合作,利用范德华集成策略,结合原子尺度二维硫化铪的物性转变,获得了超薄氧化铪介电层和绝对理想的栅介质/半导体界面,突破了二维电子器件超薄介电层集成的瓶颈,有望推动二维集成电路的发展。该成果以“Molybdenum disulfide transistors with enlarged van der Waals gaps at their dielectric interface via oxygen accumulation”为题发表在国际顶级电子学期刊《Nature Electronics》上。

二维半导体有着化学惰性的表面,通常缺乏悬挂键和亲水基团,这使得超薄介电材料的异质集成面临巨大挑战。同时,为了保持低的晶体管制备温度,栅极介质材料多为非晶态,这导致了高的介质/沟道界面缺陷态密度,造成大的晶体管回滞电压。因此,寻找新的技术方案来优化二维半导体与栅极介质之间的界面,在不损伤沟道本征性能的前提下,实现高质量栅极界面,对新型半导体器件的构建至关重要。

器件的结构表征和基础性能。

当距离超过3埃时,两种材料间的耦合作用会极大减弱并形成一个接近物理吸附的界面。此时,两种材料的电子性质不再相互影响,介质缺陷与沟道层之间的耦合作用将被极大削弱,并保留各自固有的电学特性。通过范德华异质集成,巧妙地在栅极绝缘层和MoS2沟道之间构建了宽度达到5.3埃的范德华间隙(图1),有效的拉开了半导体沟道层与栅极绝缘层的距离,实现了准物理吸附的异质界面,去除了栅极缺陷与沟道之间的缺陷耦合,获得了回滞电压低至10 mV、亚阈值摆幅接近理论极限的MoS2顶栅晶体管。基于该晶体管优良的电学性能,组装了或、与、非逻辑门电路,并实现超高的电压增益。

刘兴强教授和廖蕾教授、博士后秦文静以及武汉大学何军教授是该工作的共同通讯作者,湖南大学为第一通讯单位。硕士研究生罗鹏飞和博士研究生柳畅为文章共同第一作者。该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金和湖南省自然科学基金等项目的支持。

来源:半导体学院(集成电路学院)

通讯员:柳畅

责任编辑:余楚倩

图说湖大
  • 【组图】大学生戏剧团《旷世才女张爱玲》上演
  • 【组图】这个角度的湖大,你没看过!
  • 【组图】你好,大礼堂!