В последние годы ученые пытаются разработать методы управления изменениями формы двумерных полупроводников, которые можно было бы использовать в массовом производстве.

Исследователи из Стэнфордского университета предложили новый метод создания деформации растяжения в однослойных полупроводниковых транзисторах, который совместим с уже существующими технологиями производства.

Этот подход, описанный в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, основан на использовании слоев нитрида кремния, которые могут создавать деформацию в монослойных транзисторах на основе дисульфида молибдена (MoS₂), интегрированных на кремниевых подложках.

Мы начали обдумывать эту идею еще в 2020 году, когда наша исследовательская группа занималась более ранней попыткой придать деформацию путем механического изгиба образцов, — рассказал Эрик Поп, старший автор статьи.

В то время было очень мало экспериментальных демонстраций использования деформации для повышения производительности транзисторов из двумерных (2D) материалов, и ни одна из них не достигала этого с помощью методов, удобных для промышленности.

Основной целью недавней работы Попа и его коллег была попытка выявить новые перспективные методы тензоинженерии, уходящие корнями в обработку обычных кремниевых транзисторов, которые можно было бы применить к двумерным материалам. Выявив один из таких методов, они впервые успешно применили его к двумерному транзистору на основе MoS₂.

Наша стратегия, вдохновленная кремниевой промышленностью начала 2000-х годов, использует тонкие укупорочные слои нитрида кремния (материал, широко используемый в промышленности) для приложения напряжения к двумерному полупроводниковому транзистору, — объясняет Поп.

Напряжение в этих пленках можно точно регулировать, а осаждать их можно при относительно низких температурах, что выгодно для различных промышленных применений.

Сначала исследователи обработали двумерные полупроводники с помощью хорошо известных технологий изготовления и использовали их для создания транзисторов. В конце обработки они добавили пленки нитрида кремния, поскольку это позволило четко определить влияние этих пленок на деформацию в транзисторах, отличив его от эффектов, связанных с изменением температуры и легированием.

Первый заметный вклад этой работы — экспериментальная демонстрация того, что деформация, вызванная процессом (т.е. деформация, вызванная различными этапами изготовления транзистора), существует в этих транзисторах из двумерных материалов, и ее можно использовать для увеличения тока включения с помощью методов, которые ранее применялись для кремниевых транзисторов, — говорит Поп.

Важно отметить, что мы также представили основанную на моделировании дорожную карту того, как эта деформация изменяется по мере уменьшения размеров этих устройств до технологически значимых размеров, и обнаружили, что деформация имеет большие перспективы в этом режиме.

В ходе первых испытаний исследователи обнаружили, что их подход к деформации позволил повысить производительность 2D MoS₂-транзисторов, одновременно уменьшив количество транзисторных каналов и контактов. В будущем их работа может способствовать созданию более компактных и высокоэффективных транзисторов на основе двумерных полупроводников.

Тем временем Поп и его коллеги планируют продолжить тестирование и совершенствование предложенной ими техники деформационного инжиниринга. Они также планируют изучить влияние деформации на другие двумерные полупроводники, помимо монослоя MoS₂.

На фундаментальном уровне мы используем гибкие подложки для изучения влияния деформации на другие двумерные полупроводники, которые менее изучены, — добавил Поп.

Кроме того, мы изучаем другие источники деформации, вызванной технологическим процессом, например, влияние осаждения металлов на двумерные материалы (ключевой этап при изготовлении устройств). Наконец, мы работаем над тем, чтобы распространить этот подход на двумерные транзисторы p-типа (в отличие от устройств n-типа, использованных в данном исследовании), поскольку их производительность в настоящее время отстает от производительности устройств n-типа.

Ранее ученых удивила передача заряда в гибридных кремниевых солнечных батареях.