図。極薄高-κ2D 材料と超低電力トランジスタ上に堆積された誘電体。
中国国立自然科学財団による支援 (番号 61734003，61521001，61851401)、王新蘭教授率いる研究チーム(王新蘭)そしてシーイー教授（シーイー）南京大学出身、カリフォルニア大学ロサンゼルス校のXiangfeng Duan教授、シンガポール国立大学のWei Chen教授、東京大学の長塩康介教授、Wang Peng教授との共同研究（王鵬）と馬海波教授(馬海波)南京大学、陳唐生博士）(チェン・タンシェン)CETC 55 では、低消費電力の二次元 (2D) 電子デバイスに向けて大きな進歩を遂げました，最近発行されたネイチャー エレクトロニクス（URL：https://wwwnaturecom/articles/s41928-019-0334-y）。
2D 半導体は、ムーアの法則を拡張するための潜在的な候補であり、非ゼロのバンドギャップ、極端なチャネル厚さ、高い移動度、優れたゲート調整性を特徴としています。ただし、2D 材料にはダングリングボンドがない性質があるため、工業用原子層堆積 (ALD) 技術で高品質の酸化物誘電体を堆積することは非常に困難です。したがって、2D トランジスタの界面準位密度と実効酸化膜厚 (EOT) は、最先端のシリコン CMOS トランジスタよりもはるかに高くなります。その結果、高品質で極薄の誘電体を 2D 材料上にスケーラブルに統合することが、引き続き 2D エレクトロニクスのボトルネックの 1 つとなっています。
この課題を解決するために、チームは 2D 材料と有機分子の間のファンデルワールス相互作用を利用して、高品質で極薄の高分子の統合を実現しました。κ2D マテリアル上の誘電体。厚さ03nmの単層分子結晶をシード層として使用し、グラフェンやMoSなどの2D材料上に原子的に平坦な酸化物誘電体を堆積することができました。2とWSe2界面準位密度が低く、破壊電界が高く、EOT が 1nm 程度です。ゲートリーク電流はシリコン相補型金属酸化物半導体 (CMOS) と同じレベルであることが判明しました。さらに、酸化物誘電体は、グラフェン高周波トランジスタによって実証されているように、10 GHz を超える高周波で動作する可能性があります。この技術を使用して、供給電圧が 08V でサブスレッショルド スイングが 60 mV/dec までの 2D CMOS トランジスタを製造しました。彼らは MoS も作成しました2チャネル長20nmでon/off比10以上のトランジスタ7 そして短チャネル効果を完全に免れます。消費電力が 1 nW 未満の 2D 材料ベースの CMOS インバーターも実証されました。
この技術は、2D 材料上に極薄の高品質酸化物を統合するための普遍的な戦略を提供するだけでなく、大面積の化学蒸着フィルムと互換性があります。この研究により、2D マテリアルに基づく低電力集積回路への道が開かれました。
