뉴욕대학교: 2 차원 반도체 제조공예가 중요한 돌파구를 마련했습니다!

현재 실리콘으로 대표되는 전통 반도체 소재는 심각한 도전에 직면하고 있다. 과학 연구원들은 원리 혁신, 구조 개선, 공정 발전을 통해 실리콘 기반 반도체 부품의 전반적인 성능을 크게 향상시키기가 어렵다. "포스트 무어 시대" 가 이미 조용히 왔다. 실리콘 기반 반도체 재료를 대체할 것으로 예상되는 차세대 반도체 재료로서 2 차원 반도체 연구가 최근 몇 년 동안 빠르게 진행되고 있다.

그라핀은 기계적 강도, 전도성 열전도, 경량, 유연성, 투명성 등의 장점으로 한때' 신소재의 왕' 으로 불렸으며, 이는 2 차원 재료를 연구 핫스팟으로 만들었다. 불행히도, 그라핀의 탄소 원자의 독특한 배열은 반도체로 적합하지 않지만 전자의 가볍고 빠른 흐름에 도움이 된다. 그라 핀은 밴드 갭이 없으므로 "켜기" 또는 "끄기" 전류를 선택할 수 없습니다. 이 이진 스위치 메커니즘은 현대 전자 장치의 기초입니다.

하지만 그래핀 외에도 점점 더 많은 2 차원 물질이 인간에 의해 발견되고 연구되고 있으며, 과도금속 황화물, 흑인 등과 같은 반도체로 사용될 수 있는 2 차원 재료도 많이 있습니다. 과학자들은 이미 이 2 차원 재료를 통해 많은 반도체 부품을 제조했다. 예를 들면 다음과 같다.

그러나 이황화 몰리브덴 (MoS2) 으로 대표되는 2 차원 반도체 소자의 제조 과정에서 전자빔 리소그래피 기술을 이용하여 이 원자 2 차원 재료의 층에 나노 조각 금속 전극을 조각하는 것은 현재' 비옴 접촉' 과' 쇼트 키 장벽' 을 생성하는 데 문제가 있다.

개혁

최근 뉴욕대학교 공학대학 화학과 생물분자공학과 교수 Elisa Riedo 가 이끄는 팀은 원자급 얇은 프로세서 제조 공정의 중요한 돌파구를 보고했다. 이 발견은 나노 칩의 제조 공정에 지대한 영향을 미칠 뿐만 아니라 전 세계 연구실의 과학자들이 더 작고 빠른 반도체에 2 차원 재료의 응용을 탐구하도록 동기를 부여할 것이다.

그 팀은 최신 호' 자연 전자' 잡지에 그들의 연구 성과를 발표했다.

기술

이들이 시연한 에칭 기술은 섭씨 100 도까지 가열된 프로브를 사용하여 이황화 몰리브덴 등 2 차원 반도체에 금속 전극을 만드는 일반적인 방법을 능가했다. 과학자들은 이 과도금속이 원자 마이크로칩의 실리콘을 대체할 수 있는 유망한 재료라고 생각한다. 우리 팀이 개발한 새로운 제조 방법은' 열스캔 프로브 에칭 (t-SPL)' 이라고 불리며, 현재의 전자빔 리소그래피 (EBL) 에 비해 여러 가지 장점이 있다.

가치

첫째, 열 에칭 기술은 2 차원 트랜지스터의 품질을 크게 향상시키고 쇼트 키 장벽을 상쇄합니다. 쇼트 키 장벽은 2 차원 라이닝과 금속 접합부의 전자 흐름을 방해한다. 둘째, EBL 과 달리 열 에칭 기술을 통해 칩 제조업체는 2D 반도체 이미지를 쉽게 얻을 수 있으며 원하는 위치에 전극을 그릴 수 있습니다. 셋째, t-SPL 제조 시스템은 초기 투자 및 운영 비용을 크게 절감할 것으로 예상됩니다. 즉, 높은 에너지 전자와 초고진공 없이 일반 환경 조건에서 작동하여 전력 소비량을 크게 낮출 수 있습니다. 마지막으로, 이 열처리 방법은 "평행" 열 프로브를 사용하여 쉽게 확장할 수 있으므로 산업 생산에 적용할 수 있습니다.

리도는 t-SPL 이 부족한 클린룸에서 많은 가공 과정을 가져와 개인 실험실로 가져오길 바란다고 말했다. 청정실에서는 연구원들이 값비싼 장비들을 위해 시간을 벌어야 합니다. 개인 실험실에서, 그들은 신속하게 재료 연구와 칩 설계를 추진할 것이다. 3D 프린터의 선례는 좋은 비유이다. 어느 날 이러한 해상도가10나노미터 미만인 t-SPL 도구는 일반 환경 조건에서 표준120V 전원 공급 장치에서 실행되며, 그녀처럼 각 연구실 전체에 퍼질 것입니다.

참조 데이터

1/articles/ncomms8702

3 정샤오리, 안나리사 캐롤, 에두아르도 알비세티, 압둘라 사나드 알하비, 지드온 아레비, 류샤오지, 마틴 슈피셀, 류원종, 곡구 고사, 와타나베 건두, 칼 열나노 리소그래피를 사용하여 쇼트키 장벽이 사라진 단일 레이어 MoS2 에 금속 접촉을 패턴화합니다. 자연전자, 2019; 2 (1):17 doi:10.1038/S4/kloc-0