Исследователи из Pohang University of Science and Technology разработали технологию, которая позволяет устранить одно из ключевых ограничений сверхтонких полупроводников. Решение основано на простом принципе: увеличивать толщину только тех участков, где это действительно необходимо. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
По мере развития искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений растут требования к объёмам данных, которые должны обрабатывать современные микросхемы. Одной из главных проблем становятся задержки и энергопотери при обмене данными между логическими блоками и памятью. Для решения этой задачи индустрия всё активнее рассматривает трёхмерные интегрированные схемы, в которых вычислительные и запоминающие компоненты размещаются вертикально друг над другом.
Для создания таких конструкций требуются полупроводниковые устройства, способные стабильно работать при температурах производства ниже 400 °C. Одним из перспективных материалов считается теллур. Он отличается высокой подвижностью носителей заряда, устойчивостью при комнатной температуре и возможностью низкотемпературного производства. Однако у теллура есть серьёзный недостаток — узкая запрещённая зона, из-за которой возникают токи утечки даже в выключенном состоянии транзистора.
Чтобы снизить утечки, канал транзистора приходится делать чрезвычайно тонким (менее 5 нанометров). Но здесь возникает другая проблема. Чем тоньше канал, тем сложнее электронам проходить через границу между металлическим контактом и полупроводником. Одновременно увеличивается так называемый барьер Шоттки (энергетический барьер, который должны преодолевать электроны при переходе между металлом и полупроводником).
В результате уменьшение токов утечки приводит к росту контактного сопротивления и заметному падению производительности устройства. Именно этот компромисс долгое время считался одной из фундаментальных проблем сверхтонких полупроводников.
Для её решения команда под руководством профессора Byoung Hun Lee применила структуру Raised Source and Drain (RSD), которая ранее использовалась в кремниевых технологиях. Суть подхода заключается в том, чтобы увеличить толщину только областей истока и стока, т.е. участков, через которые ток входит в транзистор и выходит из него.
Исследователи сохранили толщину рабочего канала на уровне 4 нм для подавления токов утечки, но дополнительно нарастили слой теллура в местах контакта с металлическими электродами. Благодаря этому удалось значительно улучшить прохождение тока без увеличения толщины самого канала.
Испытания показали, что новая конструкция снижает контактное сопротивление примерно в 50 раз — с 97,5 кОм·мкм до 1,7 кОм·мкм. Кроме того, при температуре −196 °C ток во включённом состоянии вырос более чем в 17 раз.
Авторы отмечают, что им удалось одновременно добиться низкого сопротивления и высокой производительности в сверхтонкой структуре. Дополнительным преимуществом стала возможность использовать технологию распыления (sputtering): низкотемпературный метод осаждения материалов, который хорошо подходит для масштабного промышленного производства.
По словам исследователей, предложенный метод локального управления толщиной позволяет преодолеть традиционное противоречие сверхтонких полупроводников, когда уменьшение толщины неизбежно приводило к росту сопротивления. Технология может применяться не только для теллуровых транзисторов, но и для других двумерных и сверхтонких полупроводниковых устройств, а также ускорить разработку будущих трёхмерных интегральных схем.
Источинк: TechXplore