Une méthode évolutive de fabrication de transistors à couches minces permet d’obtenir une interface ultra-propre

Le professeur Becky Peterson de l’Université du Michigan dirige une équipe qui a développé une méthode évolutive et manufacturable pour développer des transistors à couches minces (TFT) qui fonctionnent à la tension la plus basse possible. Ceci est particulièrement important pour l’intégration TFT avec les semi-conducteurs métal-oxyde complémentaires (CMOS) silicium d’aujourd’hui, qui sont utilisés dans la grande majorité des circuits intégrés.

“Nous développons essentiellement un dispositif moins compliqué qui fonctionne à une tension plus basse”, a déclaré ECE Ph.D. étudiant Tonglin (Tanya) Newsom, qui est le premier auteur de l’article. “Avec ce dispositif d’oscillation sous le seuil abrupt, nous pourrions réduire considérablement la dissipation d’énergie de nos circuits, ce qui signifie qu’il y a moins de perte d’énergie. Cela pourrait aider tous ceux qui utilisent des appareils électroniques.”

Les TFT permettent le fonctionnement des écrans modernes, agissant comme des interrupteurs qui contrôlent la lumière à chaque pixel individuel. La commutation efficace entre les états marche et arrêt permet un fonctionnement à basse tension et se traduit par un système plus économe en énergie. L’un des principaux défis de fabrication pour obtenir un commutateur hautement efficace est l’exigence d’une interface super propre entre les différentes couches de matériau au sein du TFT. Une interface propre signifie que les électrons peuvent circuler dans le canal pour allumer ou éteindre le pixel sans se faire piéger.

“La technologie clé que nous essayions de développer est une interface ultra-propre entre le semi-conducteur et l’isolant de grille, de sorte que le processus de commutation entre les états activé et désactivé serait très net”, a déclaré Peterson. “Nous avons pu réaliser la commutation au rythme le plus rapide possible, conformément aux limites physiques fondamentales à température ambiante.”

Pour ce faire, le groupe de Peterson s’est associé au professeur de génie mécanique Neil Dasgupta, avec qui ils ont développé une technologie de dépôt de couche atomique pour l’oxyde de zinc et d’étain, qui est un semi-conducteur à large bande interdite qui peut être utilisé pour les appareils électroniques et énergétiques, tels que les TFT, les capteurs polyvalents. , et les cellules solaires. L’équipe de Peterson a poussé cette technologie un peu plus loin en intégrant directement les processus de dépôt de couche atomique pour deux parties clés différentes du transistor : le condensateur de grille et le canal semi-conducteur.

“Nous obtenons les meilleurs résultats en déposant les deux couches dos à dos dans le même outil, sans casser le vide”, a déclaré Peterson. “Cette approche démontre une méthode simple pour obtenir des performances TFT optimales.”

L’équipe de Peterson s’est concentrée sur les semi-conducteurs à oxyde amorphe, qui sont une catégorie de matériaux commercialisés dans les écrans et nous permettent de contrôler individuellement les pixels. Ils sont importants pour obtenir un fonctionnement à faible consommation d’énergie, des écrans à haute densité de pixels, des écrans tactiles et des écrans haptiques, qui génèrent des effets tactiles, tels que des vibrations, pour une variété d’applications, y compris les appareils portables et les appareils AR/VR.

“J’espère vraiment que plus de gens s’intéresseront à ce type de science et d’ingénierie fondamentales”, a déclaré Newsom, “parce que ce travail ne consiste pas seulement à découvrir de nouvelles possibilités, il s’agit d’améliorer la technologie pour aider le monde”.

La recherche, « 59,9 mV·dec-1 Subthreshold Swing Achieved in Zinc Tin Oxide TFTs With In Situ Atomic Layer Deposited Al2O3 Gate Insulator », a été sélectionnée comme choix de l’éditeur dans Lettres IEEE sur les appareils électroniques.