Des feuilles aux empilements, les nouvelles nanostructures pro

Mar 01, 2024

Nouveaux TFET réalisés avec des jonctions multicouches de dichalcogénures de métaux de transition dans le plan

Université métropolitaine de Tokyo

image : Le dépôt chimique en phase vapeur peut être utilisé pour développer une structure TMDC multicouche à partir d'un TMDC différent.Voir plus

Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Tokyo, Japon – Des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo ont réussi à concevoir des nanostructures multicouches de dichalcogénures de métaux de transition qui se réunissent dans le plan pour former des jonctions. Ils ont fait pousser des couches de structures multicouches de bisulfure de molybdène à partir du bord d'éclats de bisulfure de molybdène dopés au niobium, créant une hétérostructure planaire épaisse et liée. Ils ont démontré que ceux-ci pouvaient être utilisés pour fabriquer de nouveaux transistors à effet de champ tunnel (TFET), des composants de circuits intégrés à très faible consommation d'énergie.

Les transistors à effet de champ (FET) sont un élément essentiel de presque tous les circuits numériques. Ils contrôlent le passage du courant à travers celui-ci en fonction de la tension qui y est appliquée. Alors que les FET à semi-conducteurs à oxyde métallique (ou MOSFET) constituent la majorité des FET utilisés aujourd'hui, la recherche de la prochaine génération de matériaux est en cours pour piloter des dispositifs de plus en plus exigeants et compacts consommant moins d'énergie. C'est là qu'interviennent les FET à effet tunnel (ou TFET). Les TFET s'appuient sur le tunnel quantique, un effet dans lequel les électrons sont capables de franchir des barrières généralement infranchissables en raison des effets de la mécanique quantique. Bien que les TFET consomment beaucoup moins d’énergie et soient proposés depuis longtemps comme une alternative prometteuse aux FET traditionnels, les scientifiques n’ont pas encore trouvé de moyen de mettre en œuvre cette technologie sous une forme évolutive.

Une équipe de scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo dirigée par le professeur agrégé Yasumitsu Miyata a travaillé sur la fabrication de nanostructures à partir de dichalcogénures de métaux de transition, un mélange de métaux de transition et d'éléments du groupe 16. Les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC, deux atomes de chalcogène pour un atome de métal) sont d'excellents matériaux candidats pour la création de TFET. Leurs récents succès leur ont permis d’assembler des couches épaisses d’un seul atome de feuilles cristallines de TMDC sur des longueurs sans précédent. Aujourd’hui, ils se tournent vers les structures multicouches des TMDC. En utilisant une technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ils ont montré qu’ils pouvaient produire un TMDC différent à partir du bord de plans cristallins empilés montés sur un substrat. Le résultat était une jonction dans le plan comportant plusieurs couches d’épaisseur. Une grande partie des travaux existants sur les jonctions TMDC utilisent des monocouches empilées les unes sur les autres ; en effet, malgré les superbes performances théoriques des jonctions dans le plan, les tentatives précédentes n'ont pas permis d'atteindre les concentrations élevées de trous et d'électrons requises pour faire fonctionner un TFET.

Après avoir démontré la robustesse de leur technique utilisant du bisulfure de molybdène issu de diséléniure de tungstène, ils se sont tournés vers le bisulfure de molybdène dopé au niobium, un semi-conducteur de type p. En développant des structures multicouches de bisulfure de molybdène non dopé, un semi-conducteur de type n, l'équipe a réalisé une jonction pn épaisse entre les TMDC avec une concentration de porteurs sans précédent. En outre, ils ont constaté que la jonction présentait une tendance à la résistance différentielle négative (NDR), dans laquelle les augmentations de tension entraînent une augmentation de moins en moins du courant, une caractéristique clé du tunneling et une première étape importante pour que ces nanomatériaux pénètrent dans les TFET.

La méthode employée par l’équipe est également évolutive sur de grandes surfaces, ce qui la rend adaptée à une mise en œuvre lors de la fabrication des circuits. Il s’agit d’un nouveau développement passionnant pour l’électronique moderne, dont on espère qu’il trouvera sa place dans des applications à l’avenir.

Ce travail a été soutenu par JSPS KAKENHI Grants-in-Aid, Grant Numbers JP20H02605, JP21H05232, JP21H05233, JP21H05234, JP21H05237, JP22H00280, JP22H04957, JP22H05469, JP22J14738, JP21K14484, JP20K22323, JP20H00316, JP20H02080, JP20K05253, JP20H05664, JP18H01822, JP21K04826, JP22H05445 , et JP21K14498, numéro de subvention CREST JPMJCR16F3 et numéro de subvention FOREST de l'Agence japonaise pour la science et la technologie JPMJFR213X.