Cette figure illustre la synthèse de joints de jumelles métalliques à miroir 1D par croissance épitaxiale de Van der Waals (en haut) et le circuit intégré semi-conducteur 2D de grande surface construit sur la base de ces joints (en bas). En contrôlant la structure cristalline du disulfure de molybdène au niveau atomique à l’aide de la croissance épitaxiale de Van der Waals, des joints de jumelles métalliques à miroir 1D ont été librement synthétisés aux emplacements souhaités à grande échelle. Ces joints ont été appliqués comme électrodes de grille pour mettre en œuvre des transistors semi-conducteurs 2D ultra-miniaturisés avec des longueurs de canal à l’échelle atomique. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Une équipe de recherche dirigée par Jo Moon-Ho, directrice du Center for Van der Waals Quantum Solids de l’Institute for Basic Science (IBS), a mis en œuvre une nouvelle méthode pour réaliser la croissance épitaxiale de matériaux métalliques 1D d’une largeur inférieure à 1 nm. Le groupe a appliqué ce procédé pour développer une nouvelle structure pour les circuits logiques à semi-conducteurs 2D. Ils ont notamment utilisé les métaux 1D comme électrode de grille du transistor ultra-miniaturisé.
Cette recherche apparaît dans La nanotechnologie naturelle.
Les dispositifs intégrés basés sur des semi-conducteurs bidimensionnels (2D), qui présentent d’excellentes propriétés même à la limite ultime de l’épaisseur du matériau jusqu’à l’échelle atomique, sont au cœur des recherches fondamentales et appliquées du monde entier. Cependant, la réalisation de tels dispositifs à transistors ultra-miniaturisés capables de contrôler le mouvement des électrons à quelques nanomètres près, sans parler du développement du processus de fabrication de ces circuits intégrés, s’est heurtée à des défis techniques considérables.
Le degré d’intégration des semi-conducteurs est déterminé par la largeur et l’efficacité de contrôle de l’électrode de grille, qui contrôle le flux d’électrons dans le transistor. Dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs classiques, il est impossible de réduire la longueur de grille en dessous de quelques nanomètres en raison des limites de la résolution de la lithographie.
Pour résoudre ce problème technique, l’équipe de recherche a exploité le fait que la limite du jumeau miroir (MTB) du disulfure de molybdène (MoS2), un semi-conducteur 2D, est un métal 1D d’une largeur de seulement 0,4 nm. Ils l’ont utilisé comme électrode de grille pour surmonter les limitations du processus de lithographie.
Cette figure montre une image au microscope optique du circuit intégré basé sur des portes de limite jumelles à miroir 1D (à gauche), un schéma des transistors et des inverseurs ultra-miniaturisés qui constituent le circuit (au centre) et l’évaluation des performances de ces dispositifs (à droite). Le processus de limite jumelle à miroir 1D développé par l’équipe de recherche ne s’est pas limité à la miniaturisation de dispositifs individuels, mais a été utilisé avec succès pour construire des circuits électroniques de grande surface et hautement intégrés. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Dans cette étude, la phase métallique MTB 1D a été obtenue en contrôlant la structure cristalline du semi-conducteur 2D existant au niveau atomique, le transformant ainsi en MTB 1D. Cela représente une avancée significative non seulement pour la technologie des semi-conducteurs de nouvelle génération, mais aussi pour la science des matériaux de base, car elle démontre la synthèse à grande échelle de nouvelles phases de matériaux grâce au contrôle artificiel des structures cristallines.
La feuille de route internationale pour les dispositifs et systèmes (IRDS) de l’IEEE prévoit que la technologie des nœuds semi-conducteurs atteindra environ 0,5 nm d’ici 2037, avec des longueurs de grille de transistor de 12 nm. L’équipe de recherche a démontré que la largeur du canal modulée par le champ électrique appliqué à partir de la grille MTB 1D peut être aussi petite que 3,9 nm, dépassant ainsi considérablement la prédiction futuriste.
Le transistor MTB 1D développé par l’équipe de recherche offre également des avantages en termes de performances du circuit. Les technologies telles que FinFET ou Gate-All-Around, adoptées pour la miniaturisation des dispositifs semi-conducteurs au silicium, souffrent d’une capacité parasite en raison de leurs structures de dispositifs complexes, ce qui conduit à une instabilité dans les circuits hautement intégrés. En revanche, le transistor MTB 1D peut minimiser la capacité parasite en raison de sa structure simple et de sa largeur de grille extrêmement étroite.
Le directeur Jo Moon-Ho a commenté : « La phase métallique 1D obtenue par croissance épitaxiale est un nouveau procédé de matériau qui peut être appliqué aux processus de semi-conducteurs ultra-miniaturisés. Il devrait devenir une technologie clé pour le développement de divers appareils électroniques à faible consommation et à hautes performances à l’avenir. »
Plus d’information:
Limites jumelles de miroir épitaxial 1D intégrées pour transistors à effet de champ MoS2 2D ultra-dimensionnés, La nanotechnologie naturelle (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01706-1
Fourni par l’Institut des sciences fondamentales
Citation:Des scientifiques découvrent un moyen de « faire pousser » des transistors de taille inférieure au nanomètre (2024, 3 juillet) récupéré le 3 juillet 2024 à partir de
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