Nanomaterialien: Herstellungsmethode für Sub-Nanometer-Transistoren gefunden
Ein Forscherteam des Zentrums für Van-der-Waals-Quantenfestkörper am südkoreanischen Institute for Basic Science (IBS) hat unter der Leitung von Jo Moon-Ho erstmals eine Methode angewendet(öffnet im neuen Fenster) , mit der eindimensionale Metalle durch Epitaxie(öffnet im neuen Fenster) zur Herstellung von 2D-Halbleitern genutzt werden. Die Schaltkreise sind nur wenige Atomschichten hoch und erlauben es, Transistoren deutlich kleiner auszulegen als bisher.
Ein limitierender Faktor bei 3D-Transistoren ist die Länge der Gate-Elektrode, da eine zu kurze Elektrode zu unerwünschten Nebeneffekten(öffnet im neuen Fenster) führt. Bisher war die Erwartung der International Roadmap for Devices and Systems des IEEE, dass im Jahr 2037 0,5-nm-Herstellungsverfahren existieren, allerdings mit Transistoren, die eine Gate-Länge von 12 nm aufweisen.
Den Forschern gelang es, die "Mirror Twin Boundary" (MTB) des 2D-Materials Molybdän(IV)-Sulfid(öffnet im neuen Fenster) zu nutzen, die ein 1D-Metall mit einer Breite von 0,4 Nanometern ist. Um das zu erreichen, muss die kristalline Struktur des 2D-Materials kontrolliert wachsen. Dies stellt einen Durchbruch für die nächste Generation der Halbleitertechnologie und die Materialforschung dar, da erstmals neue Materialphasen auf großer Fläche durch die Beeinflussung des Kristallwachstums synthetisiert wurden.
Deutlich kürzere Gate-Elektroden
Eindimensionale Materialien haben in zwei Dimensionen(öffnet im neuen Fenster) eine Länge von unter einem Nanometer. Die Forscher demonstrierten, dass ein elektrisches Feld, moduliert durch eine Gate-Elektrode aus eindimensionalem MTB-Metall, eine Kanalbreite von 3,9 Nanometern erlaubt. Damit können Transistoren deutlich kleiner werden als in bisherigen Schätzungen für die zukünftige Entwicklung angenommen.
Laut den Forschern sollen durch das neue Verfahren stark miniaturisierte Transistoren möglich werden, die neben ihrer geringen Größe auch bessere Performance bieten können. Durch den sehr schmalen Kanal zwischen Source und Drain wird die parasitäre elektrische Kapazität minimiert, was zu mehr Stabilität führt und für Finfet- und GAA-Transistoren (Gate-all-around) wichtig ist, die bisher dadurch eingeschränkt werden.