Nouveaux transistors basés sur du phosphore noir monocouche et de l'arséniure de germanium

6 janvier 2024 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Les matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D) se sont révélés très prometteurs pour le développement de divers appareils électroniques, notamment les dispositifs portables et les petits appareils électroniques. Ces matériaux peuvent présenter d'importants avantages par rapport à leurs homologues volumineux, notamment en conservant leur mobilité des porteurs indépendamment de leur épaisseur réduite.

Malgré leur promesse pour la création d'électronique fine, les semi-conducteurs 2D ont jusqu'à présent rarement été utilisés pour créer des transistors monocouche, des versions plus fines des composants électroniques essentiels utilisés pour moduler et amplifier le courant électrique à l'intérieur de la plupart des appareils existants. La plupart des transistors monocouche proposés basés sur des semi-conducteurs 2D ont été créés à l'aide de quelques matériaux soigneusement sélectionnés connus pour avoir des structures de réseau relativement stables, tels que le graphène, le diséléniure de tungstène ou le disulfure de molybdène (MoS2).

Des chercheurs de l'Université de Hunan, de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université de Wuhan ont récemment entrepris de développer de nouveaux transistors monocouche utilisant des matériaux semi-conducteurs 2D alternatifs qui ont jusqu'à présent été principalement utilisés pour créer des transistors multicouches, notamment le phosphore noir (BP) et l'arséniure de germanium (GeAs). Leurs travaux sont publiés dans la revue Nature Electronics.

"Pour un certain nombre de matériaux 2D prometteurs, tels que le phosphore noir et l'arséniure de germanium, la fabrication de transistors monocouches est difficile et est limitée par les difficultés à former des contacts électriques robustes avec les délicats matériaux 2D", ont écrit Wangying Li, Quanyang Tao et leurs collègues dans leur article. "Nous rapportons la fabrication de transistors monocouches de phosphore noir et d'arséniure de germanium avec des contacts surélevés tridimensionnels à l'aide d'une technique d'épluchage de van der Waals."

L'objectif principal des travaux récents de cette équipe de chercheurs était de créer de nouveaux transistors basés sur des semi-conducteurs 2D monocouches au-delà de ceux qui ont jusqu'à présent été principalement utilisés dans les conceptions de transistors monocouches. Cela présente plusieurs défis, car certains de ces matériaux sont difficiles à réduire uniformément et sans compromettre leurs propriétés intrinsèques.

Pour y parvenir, Li, Tao et leurs collaborateurs ont mis au point une technique d'épluchage de van der Waals (vdW) qui peut être utilisée pour créer des transistors 2D monocouches avec des contacts surélevés en 3D. Cette technique consiste à coller des métaux plats sur des canaux 2D multicouches, ce qui permet aux chercheurs de retirer la couche semi-conductrice en haut de la pile en épluchant le métal.

"Par épluchage mécanique couche par couche, la région de canal d'un transistor multicouche de phosphore noir peut être progressivement réduite à une épaisseur monocouche sans dégrader son réseau délicat et en conservant une région de contact multicouche", ont écrit Li, Tao et leurs collègues.

Dans le cadre de leur étude, l'équipe a utilisé leur technique d'épluchage proposée pour créer des homo-jonctions et des homo-super-réseaux basés sur divers semi-conducteurs 2D, notamment BP, GeAs, InSe (séléniure d'indium) et GaSe (séléniure de gallium).

L'équipe a constaté que leur méthode proposée leur permettait d'affiner la partie canal de leurs transistors tout en maintenant l'épaisseur requise dans la région de contact.

"En utilisant la technique, nous mesurons les propriétés électriques du même transistor 2D avec différentes épaisseurs de canal", ont écrit Li, Tao et leurs collègues. "Nous constatons que la mobilité des porteurs de phosphore noir chute rapidement lors de la réduction de l'épaisseur du corps, se comportant davantage comme un semi-conducteur en vrac classique que comme un semi-conducteur van der Waals pur."

Dans le cadre de leur étude récente, les chercheurs ont démontré le potentiel de leur technique pour développer des transistors monocouches prometteurs avec des contacts surélevés en 3D basés sur BP et GeAs. À l'avenir, leur méthode d'épluchage couche par couche pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour la création de transistors plus fins et évolutifs en utilisant des semi-conducteurs 2D inhabituels généralement considérés comme peu performants pour ces applications.

'The work has potential implications for other unstable monolayer materials beyond 2D semiconductors such as organic monolayers and perovskite monolayers, which have previously been considered to be non-conductive or to have poor intrinsic properties, but which are actually limited by the poor contact between the metal and monolayers,' Li, Tao and their colleagues added.

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