手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)小程序
官方微信
公眾號(hào)：chem17
掃碼關(guān)注視頻號(hào)
臺(tái)式ALD,，Nat. Mater.！二維晶體管介電層集成研究取得重要進(jìn)展
臺(tái)式三維原子層沉積系統(tǒng)-ALD
體積小巧,，可放在實(shí)驗(yàn)桌上
多片4,，6，8 英寸樣品同時(shí)沉積
厚度均勻性高于99%
適合復(fù)雜/ 摻雜薄膜沉積
二維半導(dǎo)體表面沉積利器
......
體積小巧,，可放在實(shí)驗(yàn)桌上
多片4,，6，8 英寸樣品同時(shí)沉積
厚度均勻性高于99%
適合復(fù)雜/ 摻雜薄膜沉積
二維半導(dǎo)體表面沉積利器
......
隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,，基于硅半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）的尺寸不斷縮小,，目前已經(jīng)接近其物理極限。在新興材料中,，二維半導(dǎo)體可達(dá)到原子級(jí)厚度且保持高載流子遷移率,，理論上可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的柵極控制，因而被認(rèn)為是用于下一代場(chǎng)效應(yīng)晶體管的理想溝道材料,。然而,，由于二維半導(dǎo)體表面無(wú)懸掛鍵，很難在其表面集成高質(zhì)量的介電層,，這是目前該領(lǐng)域的重大難題,。
為解決上述問(wèn)題，華中科技大學(xué)翟天佑團(tuán)隊(duì)以無(wú)機(jī)分子晶體Sb2O3作為緩沖層,，發(fā)明了一種在二維材料表面集成超薄高k介電層的普適性方法,。利用該緩沖層法制備的HfO2/Sb2O3復(fù)合介電層可實(shí)現(xiàn)0.67 nm的等效氧化層厚度（EOT），是目前報(bào)道的二維晶體管介電層中zui低的,。高質(zhì)量的界面降低了界面態(tài)密度,，由單層MoS2溝道和HfO2/Sb2O3復(fù)合介電層構(gòu)成的FET在0.4 V的超低工作電壓下即可獲得超過(guò)106的開(kāi)關(guān)比，其柵極控制效率優(yōu)于目前報(bào)道的其他所有FET,。該項(xiàng)成果以“Scalable integration of hybrid high-κ dielectric materials on two-dimensional semiconductors”為題發(fā)表于國(guó)際高水平期刊Nature Materials,。
Sb2O3緩沖層的作用機(jī)理如下：一方面，Sb2O3可與二維半導(dǎo)體間形成高質(zhì)量的范德華界面,；另一方面,，Sb2O3覆蓋了二維材料原有的疏水表面，提供了高度親水的表面,，提升了與傳統(tǒng)原子層沉積（ALD）工藝的相容性,，便于集成超薄高k介電層,。圖1a展示了在MoS2二維半導(dǎo)體表面集成HfO2/Sb2O3復(fù)合介電層的過(guò)程。作者利用熱蒸鍍法制備了Sb2O3緩沖層,，隨后使用美國(guó)Arradiance公司的GEMStar系列臺(tái)式原子層沉積(ALD)系統(tǒng)制備了致密均勻的HfO2層（圖1b）,。此外，作者還利用該臺(tái)式ALD設(shè)備在MoS2/Sb2O3上生長(zhǎng)了常見(jiàn)介電層Al2O3和ZrO2(圖1c, 1d),，證明了該方法的普適性,。
圖1. （a）在MoS2二維半導(dǎo)體表面集成HfO2/Sb2O3復(fù)合介電層的過(guò)程,(b)-(c)樣品的AFM圖像。
隨后,，作者用第一性原理計(jì)算研究了Sb2O3緩沖層對(duì)ALD過(guò)程的促進(jìn)原理,。如圖2a-2b所示，H2O分子在MoS2表面的吸附距離為約3?,在Sb2O3表面的吸附距離減小至約2?,，接近于水中氫鍵的長(zhǎng)度,。同時(shí)，H2O分子在Sb2O3表面的吸附能大幅高于在MoS2表面的吸附能（圖2c）,。上述結(jié)果表明Sb2O3緩沖層可促進(jìn)ALD過(guò)程中的前驅(qū)體吸附,，有助于介電層的生長(zhǎng)。
圖2. H2O分子在(a)MoS2和（b）Sb2O3表面的吸附構(gòu)型,，（c）H2O分子在MoS2和Sb2O3表面的吸附能。
本文所使用的美國(guó)Arradiance公司的GEMStar系列臺(tái)式原子層沉積系統(tǒng)如圖3所示,，在小巧的機(jī)身（78 * 56 * 28 cm）中集成了原子層沉積所需的所有功能,，可容納9片8英寸基片同時(shí)沉積。全系配備熱壁,，結(jié)合前驅(qū)體瓶加熱,，管路加熱，橫向噴頭等設(shè)計(jì),，使溫度均勻性高達(dá)99.9%,，氣流對(duì)溫度影響減少到0.03%以下。高溫度穩(wěn)定度的設(shè)計(jì)不僅可在8英寸基體上實(shí)現(xiàn)厚度均勻的膜沉積（其厚度均勻性高于99%）,，而且適合對(duì)具有超高長(zhǎng)徑比孔徑的3D結(jié)構(gòu)進(jìn)行均勻薄膜覆蓋,，在高達(dá)1500：1長(zhǎng)徑比微納深孔內(nèi)部也可均勻沉積。此外,，該設(shè)備還具有節(jié)約前驅(qū)體原料,，制備效率高，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),。該設(shè)備已幫助國(guó)內(nèi)外用戶(hù)取得大量Nature,、Science級(jí)別的研究成果。
圖3. 美國(guó)Arradiance公司生產(chǎn)的GEMStar系列臺(tái)式三維原子層沉積系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)：
[1]. Scalable integration of hybrid high-κ dielectric materials on two-dimensional semiconductors. Nat. Mater., 2023, DOI:10.1038/s41563-023-01626-w
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品,，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載,、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,，并注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任,。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息,，并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),，不承擔(dān)此類(lèi)作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體,、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任,。
- 如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利,。
采購(gòu)中心