Membranas de perovskita de alto k como aislantes para transistores bidimensionales

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física de los semiconductores
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La escala de silicio en los transistores se enfrenta a desafíos como las corrientes de fuga en los nodos de menos de diez nanómetros.
• Los semiconductores bidimensionales (2D) ofrecen potencial para futuros transistores debido a su grosor atómico.
• La integración de materiales de alta constante dieléctrica (κ) con semiconductores 2D mientras se mantiene un espesor equivalente de baja capacitancia (CET) es difícil.

Objetivo del estudio:

• Para explorar las membranas monocristalinas de perovskita de estroncio-óxido de titanio transferibles como dieléctricos de puerta para transistores de efecto de campo 2D.
• Abordar los desafíos en la integración de dieléctricos de alto k con materiales 2D para aplicaciones avanzadas de transistores.

Principales métodos:

• Fabricación de membranas monocristalinas de perovskita de estroncio y óxido de titanio de muy alta k.
• Integración de estas membranas como dieléctricos de puerta con materiales de canal semiconductor 2D.
• Caracterización del rendimiento del transistor, incluido el espesor equivalente de capacitancia (CET), la corriente de fuga, el balanceo subumbral y las relaciones de corriente de encendido/apagado.

Principales resultados:

• Las membranas de perovskita alcanzaron un CET inferior a un nanómetro con una corriente de fuga baja (<10-2 A/cm2 a 2,5 MV/cm).
• La brecha de van der Waals entre el dieléctrico y el semiconductor 2D mitigó la reducción de la barrera inducida por la franja.
• Los transistores demostraron fuertes fluctuaciones de subumbral (~ 70 mV / década) y altas relaciones de encendido / apagado (hasta 107).

Conclusiones:

• Las membranas de estroncio-óxido de titanio ultra altas son dieléctricos de puerta prometedores para transistores de efecto de campo 2D.
• Los materiales desarrollados cumplen las especificaciones de baja potencia descritas en la hoja de ruta internacional para dispositivos y sistemas.
• Este trabajo avanza en el desarrollo de transistores de próxima generación más allá de la escala de silicio tradicional.