Die Entwicklung von Epitaxie-Grenzflächen trug dazu bei, den Engpass bei den 2D-Halbleitern zu überwinden

Die traditionelle Silizium-Halbleitertechnologie stößt allmählich an ihre physikalischen Grenzen, und 2D-Halbleiter gelten als ein Weg für weitere Fortschritte. TSMC hat in Zusammenarbeit mit der National Yang Ming Chiao Tung University einen Transistor aus einer Monoschicht aus Molybdändisulfid (MoS₂) von höchster Qualität entwickelt und auf diese Weise die üblichen Herausforderungen minimiert.

Einblicke in die neue Technologie

Aufgrund der Skalierungsgrenzen von Siliziumtransistoren versuchen Forscher, alternative Varianten zu erforschen, wobei einlagiges MoS₂ derzeit die vielversprechendste ist. Diese Alternative ermöglicht die Herstellung energieeffizienterer und kleinerer Transistoren. Das einzige Problem besteht darin, dass 2D-Halbleiter ein ultradünnes Gate-Dielektrikum erfordern, was zu einer gewissen Verschlechterung der Bauelementleistung führen kann.

Um dieses Problem zu minimieren, haben die Forscher die Grenzfläche mittels epitaktischer Grenzflächenoptimierung neu gestaltet. Bei dem neuen Ansatz wird mittels Vakuumtechnologie eine ultradünne Aluminiumschicht auf eine Monoschicht aus MoS₂ aufgebracht und anschließend oxidiert. Ein solcher Ansatz kann eine hohe Transkonduktanz und gleichzeitig eine ultradünne Struktur gewährleisten.

Den vorgestellten Ergebnissen zufolge bietet diese Technologie bei relativ geringen Abmessungen eine außergewöhnliche Betriebsstabilität und einen extrem niedrigen Leckstrom. Das ermöglicht die Entwicklung von elektronischen Bauelementen mit geringerem Stromverbrauch und höherer Geschwindigkeit, während gleichzeitig die nahtlose Integration in bestehende Fertigungsprozesse gewährleistet bleibt.   

TSMC treibt die Technologie weiter voran und schafft die Voraussetzungen für eine kompatible Integration der 2D-Transistoren der nächsten Generation. Auch Intel hat die Forschung im Bereich der 2D-Transistoren maßgeblich beeinflusst. Natürlich ist die Kommerzialisierung noch immer nur eine langfristige Perspektive, doch solche Forschungsarbeiten können die Risiken minimieren, die mit der späteren Produktion von Chips auf Basis von 2D-Materialien verbunden sind.

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