Дослідники представили 2D-транзистори з наднизьким енергоспоживанням
Дослідники створили 2D-транзистори з однокристалічним діелектриком, що працюють за низької напруги та споживають менш як піковат.
Дослідники виготовили двовимірні n- і p-канальні транзистори з однокристалічним діелектриком на основі діоксиду титану, які продемонстрували низьке енергоспоживання та стабільну роботу за малої напруги. Як повідомляє Nature, технологія має усунути проблеми витоку струму, гістерезису та небажаної біполярної провідності, що обмежують застосування двовимірних напівпровідників у комплементарній електроніці.
Однокристалічний шар діоксиду титану
Для транзисторів використали вільностоячу мембрану однокристалічного анатазного діоксиду титану товщиною 18,2 нанометра. Матеріал має високу діелектричну проникність — приблизно 44–50 — і був виготовлений у форматі тридюймової пластини. Автори розробили процес перенесення структурованої мембрани на цільові підкладки, щоб сформувати чистий ван-дер-ваальсівський інтерфейс із двовимірними напівпровідниками.
Вимірювання показали, що поверхня перенесеного діелектрика має середню шорсткість близько 0,13 нанометра. Для тонших плівок товщиною менш як 7,7 нанометра дослідники прогнозують еквівалентну товщину оксиду менш як один нанометр. Мембрани також зберігали низький струм витоку в межах, необхідних для низькопотужної логіки.
Транзистори та логічні інвертори
У пристроях застосували одношаровий дисульфід молібдену для n-канальних транзисторів і двошаровий диселенід вольфраму для p-канальних. Обидва типи продемонстрували однополярну поведінку, близькі порогові напруги в режимі збагачення та майже ідеальний підпороговий нахил. Для MoS₂-транзисторів автори також вказали контактний опір близько 120 Ом·мкм.
Комплементарні інвертори на основі цих транзисторів забезпечили високий коефіцієнт підсилення напруги, широкі запаси завадостійкості та статичне енергоспоживання на рівні менш як піковат. Моделювання методом нерівноважних функцій Гріна показало, що архітектуру можна масштабувати до довжини затвора 10 нанометрів зі стабільною роботою за напруги 0,3 В.
Значення для низькопотужної електроніки
У роботі зазначено, що двовимірні напівпровідники мають великі заборонені зони, які пригнічують струм у вимкненому стані, а їхня атомарно тонка структура дає змогу краще контролювати канал затвором. Такі властивості розглядають для пристроїв із жорсткими обмеженнями енергоспоживання, зокрема носимої електроніки, імплантованих медичних пристроїв, вузлів інтернету речей, периферійних процесорів штучного інтелекту та сенсорних мереж.
