Инженеры создали 2D-транзисторы на MoS2 с диэлектриком из угольных наноточек

Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и Национальной лаборатории энергетических технологий создали транзисторы на базе двумерных полупроводников с использованием наноточек из битуминозного угля, сообщает nature.com nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Графеноподобные частицы послужили затравочным слоем для осаждения диоксида гафния на каналы из дисульфида молибдена (MoS2) и графена nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Полученный гибридный диэлектрик показал эквивалентную толщину оксида (EOT) 0,6 ± 0,1 нм, плотность тока утечки менее 10⁻⁴ А·см⁻² и напряженность пробоя 28 МВ·см⁻¹ nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Формирование интерфейса и свойства изолятора

Непосредственное осаждение диэлектриков на двумерные материалы затруднено отсутствием оборванных связей на их химически инертных ван-дер-ваальсовых поверхностях nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Традиционные органические затравки деградируют при температурах ниже 220 °C, а оксидные островки повреждают структуру канала и увеличивают токи утечки nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Авторы нанесли из раствора углеродные точки диаметром от 1 до 5 нм и толщиной около 0,4 нм nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Частицы сформировали плотный монослой за счет нековалентных связей без разрушения решетки проводящего канала и выдержали нагрев как минимум до 400 °C nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Параметры транзисторов и логические элементы

Полевые транзисторы на MoS2 с верхним затвором продемонстрировали подпороговый размах, близкий к термоионному пределу в 60 мВ/дек, и гистерезис менее 30 мВ nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Устройства продемонстрировали околонулевое пороговое напряжение для работы в режиме обогащения и дрейф этого параметра под нагрузкой менее 25 мВ nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Достигнутые характеристики позволили исследователям собрать логические схемы, функционирующие при низком напряжении питания 0,5 В nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.