MOSFET CNT complémentaires à grille supérieure avec la polarité des dispositifs définie par dopage d’extension à l’état solide conforme localisé. a) Schéma d’un MOSFET CNT de type n à porte supérieure. Défauts dans le SiNX à des niveaux d’énergie supérieurs au bord E de la bande de conduction des NTCc faites don d’électrons au CNT, rendant les extensions et les contacts de type n, ce qui définit la polarité de l’appareil sur le type n. b) Schéma d’un MOSFET CNT de type p à grille supérieure. Une couche dipolaire au SiNX/Al2Ô3 L’interface transforme les extensions et les contacts de type P, ce qui définit la polarité de l’appareil sur le type P. c) Coupe transversale TEM d’un MOSFET CNT de type n terminé. d) Coupe transversale TEM d’un MOSFET CNT de type p terminé. Crédit: Électronique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41928-023-01047-2
Ces dernières années, les ingénieurs électroniciens ont tenté d’identifier des matériaux qui pourraient contribuer à réduire la taille des transistors sans compromettre leurs performances et leur efficacité énergétique. Les semi-conducteurs de faible dimension, des matériaux supraconducteurs à l’état solide comportant moins de trois dimensions spatiales, pourraient contribuer à y parvenir.
Parmi les matériaux semi-conducteurs de faible dimension qui se sont révélés particulièrement prometteurs pour réduire la longueur des grilles à l’intérieur des transistors figurent les nanotubes de carbone unidimensionnels (1D). Néanmoins, la plupart des stratégies proposées pour doper ces matériaux et contrôler la polarité à l’intérieur ne sont pas compatibles avec les méthodes existantes de production électronique à grande échelle.
Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego et de la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ont récemment développé de nouveaux transistors à effet de champ (MOSFET) à base de nanotubes de carbone et d’oxyde métallique avec dopage d’extension localisé à l’état solide. Ces transistors, présentés dans Électronique naturelleatteignent des performances remarquables, mais leur polarité peut être avantageusement contrôlée à l’aide d’une stratégie compatible avec les procédés de dopage CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) existants.
“Nous rapportons des MOSFET à nanotubes de carbone complémentaires à grille supérieure dans lesquels un dopage d’extension à l’état solide conforme localisé est utilisé pour définir la polarité du dispositif et obtenir une correspondance de performances”, ont déclaré Zichen Zhang, Matthias Passlack et leurs collègues à Tech Xplore.
“Le canal des transistors reste non dopé, fournissant des tensions de seuil complémentaires compatibles métal-oxyde-semi-conducteur n- et p-MOSFET de +0,29 V et -0,25 V, respectivement. Le processus de fabrication compatible avec la fonderie met en œuvre un transfert de charge localisé dans les extensions. soit des niveaux de défauts dans le nitrure de silicium (SiNX) pour les appareils de type n ou un dipôle électrostatique au SiNX/oxyde d’aluminium (Al2Ô3) interface pour les appareils de type p.”
Les chercheurs ont testé un prototype de leurs dispositifs à base de nanotubes de carbone lors d’une série de tests. Ils ont également comparé les résultats de ces expériences avec les exigences définies pour les futurs MOSFET évolutifs.
Bien que les chercheurs en soient encore aux premiers stades de développement et de test des transistors qu’ils proposent, ils ont déjà obtenu des résultats très prometteurs. Notamment, les performances des transistors se sont révélées comparables à celles d’autres MOSFET précédemment rapportés et basés sur des semi-conducteurs de faible dimension, mais ils sont également compatibles avec la technologie CMOS existante, ce qui pourrait faciliter leur mise à niveau à l’avenir.
“Nous observons SiNX densités de défauts du donneur approchant 5 × 1019cm−3 qui pourrait supporter des densités de porteurs de nanotubes de carbone de 0,4 nm−1dans les extensions de dispositifs à nanotubes à l’échelle”, ont écrit Zang, Passlack et leurs collègues dans leur article. “Notre technique est potentiellement applicable à d’autres matériaux avancés de canaux de transistors à effet de champ, y compris les semi-conducteurs bidimensionnels.”
Les nouveaux transistors créés par l’équipe pourraient contribuer à la création future d’une électronique plus petite, très performante et évolutive basée sur des nanotubes de carbone 1D. Les chercheurs prévoient de continuer à améliorer et à tester leurs transistors, dans l’espoir de finaliser leur conception d’ici 2031.
“Nous avons fabriqué des MOSFET CNT complémentaires à grille supérieure pour lesquels la polarité des dispositifs est définie et l’adaptation des performances est réalisée exclusivement par dopage d’extension conforme localisé à l’état solide, un module compatible avec les ressources de la fonderie CMOS”, ont conclu les chercheurs dans leur article. “La localisation du dopage uniquement sur les extensions est un aspect important de cette approche et réduit la variabilité d’un appareil à l’autre dans un appareil à canal court, car les fluctuations des dopants sont une source substantielle de variabilité.”
Plus d’information:
Zichen Zhang et al, Transistors à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur à nanotubes de carbone complémentaires avec dopage d’extension localisé à l’état solide, Électronique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41928-023-01047-2
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Citation: MOSFET à base de nanotubes de carbone dopés à l’aide d’une technique évolutive (10 novembre 2023) récupéré le 10 novembre 2023 sur
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