【導讀】當今行業中發現的大多數 FET doushiyouguizhichengde，yinweitajuyouchuseqiekezhongxiandedianzitexing。genjumoerdinglv，guishoudaobotongdaohouduxiaqianyilvxiajiangdekunrao
，zheweigaodusuofangdeshebeibaochiqiangjingdian。guodujinshuerliuhuawu (TMD) 等二維溝道材料可用於 FET 以解決此問題。由於2D 材料具有二維表麵

，因此它們具有更好的遷移率水平
，包括在 0.7 A 下實現激進的溝道長度縮放。

自從在現代電子產品中引入場效應晶體管 (FET) 以來
，理論和應用電路技術已經取得了多項改進。FET 是低頻和中頻的低噪聲放大器以及高輸入阻抗放大器、電荷敏感放大器和模擬乘法器的理想選擇。此外，它們還可以用作可變反饋元件。由於 FET 在控製電路和 JFET 電壓表設計中的互調失真，因此在混合電路中實現。

當今行業中發現的大多數 FET doushiyouguizhichengde，yinweitajuyouchuseqiekezhongxiandedianzitexing。genjumoerdinglv
，guishoudaobotongdaohouduxiaqianyilvxiajiangdekunrao，zheweigaodusuofangdeshebeibaochiqiangjingdian。guodujinshuerliuhuawu (TMD) 等二維溝道材料可用於 FET 以解決此問題。由於2D 材料具有二維表麵，因此它們具有更好的遷移率水平
，包括在 0.7 A 下實現激進的溝道長度縮放。

圖 1：兩層 TMD 堆疊納米帶結構的 TEM 橫截麵（：IEEE）

二維納米片具有獨特的特性，使其在分離應用中具有吸引力。它們具有高表麵積與體積比、可調孔徑和高機械穩定性。這些特性允許有效的分子傳輸和分離
，使它們成為用於各個領域的有前途的材料。圖 1 顯示了堆疊的 2D 納米片結構，其中 TMD 層與犧牲氧化物層交替出現。在類似的條件下，2D CMOS 也可以與這種分層堆棧集成，支持減少柵極長度和增加每個堆棧高度的幾個通道。

縮放 L S-D設備的製造

為了通過啟用短溝道 2D 晶體管來縮放 L S-D和柵極氧化物，構建了一種器件製造以獲得更好的靜電特性。初

，使用濕轉移法將 MBE 生長的 MoS 2單層轉移到TiN 上的 5 nm HfO 2底柵基板上。在設備運行期間具有重要作用的主要尺寸可以通過使用 FWHM 的電子束光斑尺寸來確定，在高分辨率模式下範圍小於 10 nm。在生產 L S-D尺寸小於 25 nm 且樣品之間的差異較小時，使用了 PMMA 抗蝕劑工藝。

盡管即使在較小的尺寸下，薄光刻膠方法也會導致 L S-D的變化較小，但它可能是清潔剝離過程中的方法。觀察了具有 HfO 2底柵氧化物和薄的 Al 2 O 3 /HfO 2雙層頂柵氧化物的雙柵器件的 TEM 。

二維通道的靜電

在研究 2D 單層通道的 SCE 時
，探測了單門控器件傳輸特性，範圍從超過 50 nm 的長 L S-D到25 nm 的縮放 L S-D 。這些晶體管具有單柵極配置

，其中隨著 L S-D上升到L S-D = 35 nm 以下，SS 顯示出退化跡象，同時中值漏極感應勢壘降低 (DIBL) 增加至 132 mV/V。

當談到理想的 2D 晶體管的功能時，人們認為它們不會在這種縮放下體驗 SCE。當安裝額外的頂柵時
，在長 L S-D處觀察到靜電增強，其中更陡峭的 SS位於75 mV/dec 附近，低 DIBL 為 12 mV/V 。

還使用 Sentaurus 設備執行了 TCAD 模擬
，其中可以在數據中看到實時趨勢以用於實驗目的。介電常數k = 1 被建模為底部 HfO 2中的空隙以簡化結構。

在模擬中
，很明顯在觸點邊緣存在MoS 2分層
，這會產生劣化的 SS。在實驗過程中，在 Al 2 O 3的界麵處添加固定正電荷以在雙柵極器件中複製更陡峭的 SS。DIBL 與每個 L S-D的 SS 擴散之間也存在正相關關係，這表明靜電控製因設備而異。此外，對於遭受隨機轉移殘留物和未鈍化 TMD 通道的雙門控長 L S-D器件，觀察到變化減少。

柵極氧化物

優化的三甲基鋁 (TMA) 和 H 2 O 暴露用於120°C 的低溫 Al 2 O 3沉積，這特別適用於頂部氧化物柵極。基於進行的AFM分析，所產生的HfO 2 /Al 2 O 3雙層形成有約0.5nm的RMS粗糙度。由於柵極幾乎短路
，大約 25% 的雙柵極器件會“失效”，同時，20% 的器件會遭受高柵極漏電。55% 的de器qi件jian表biao現xian出chu高gao均jun勻yun性xing和he極ji低di的de柵zha極ji泄xie漏lou。此ci外wai，由you於yu引yin腳jiao之zhi間jian的de平ping均jun距ju離li，針zhen孔kong可ke能neng會hui包bao含han在zai部bu分fen器qi件jian的de溝gou道dao區qu域yu內nei，這zhe可ke能neng會hui導dao致zhi柵zha極ji泄xie漏lou故gu障zhang。

很明顯，無針孔“薄雙層”ALD yanghuamojuyougaoneizaizhiliang
，zheshijiyugaizuqijiandedijunyunzhajixielou。boshuangcengshejizhuanmenyongyuwendingbodezhajiyanghuawu，bingtongguotigongboqiegaozhiliangdezhajiyanghuawutongshiquebaoduidicengcailiaodechongfenfugaihebaohulaibangzhushixianzhezhongpingheng。danmenkongheshuangmenkongceliangdechizhijihuweiling，zhebiaomingzhajiyanghuawu/TMD 界麵的質量很高。

結論

使用雙層 ALD 工藝對二維晶體管靜電進行了統計研究

，該工藝具有與二維表麵兼容的薄高 k 表麵。根據實驗和模擬數據
，二維單層通道具有非常薄的主體。盡管 2D 晶體管的柵極氧化物厚度和界麵沒有優化，但它們對短溝道效應（尤其是 DIBL）表現出非常好的抵抗力。因此，二維 TMD 單層可以被確定為合適的通道材料來替代矽，以保持摩爾定律的縮放比例。

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