Une stratégie pour moduler à distance le dopage des transistors 2D

Une stratégie pour moduler à distance le dopage des transistors 2D

Hétérostructure WSe2/hBN/MoS2 modulée en bande pour le dopage à distance. a,b, schéma (a) et image de microscopie électronique à transmission à champ clair en coupe transversale (b) de l’hétérostructure représentative constituée de couches WSe2, hBN et MoS2. Barre d’échelle en b, 2 nm. c, diagramme de bande du FET WSe2/hBN/MoS2 dopé composé de MoS2 comme couche de canal active, hBN comme couche interfaciale, WSe2 comme couche dopée chimiquement et PPh3 comme dopant de type n. Cette structure conduit au confinement des électrons dans la bande de conduction du MoS2. EC, EV et EF indiquent respectivement le bord de la bande de conduction, le bord de la bande de valence et l’énergie du niveau de Fermi. Crédit : Lee et al. (Nature Électronique, 2021).

Lors de la fabrication d’appareils électroniques à base de matériaux semi-conducteurs conventionnels, les ingénieurs doivent franchir une étape cruciale connue sous le nom de dopage. Le dopage implique essentiellement l’introduction d’impuretés dans les semi-conducteurs pour permettre la modulation de leurs propriétés optiques, électriques et structurelles.

Bien que le dopage soit une étape cruciale dans le développement de l’électronique à base de semi-conducteurs, de nombreuses stratégies de dopage conventionnelles introduisent trop de porteurs, laissant des dopants ionisés dans le canal et obstruant le transport des porteurs de charge. Certains ingénieurs ont ainsi tenté de mettre au point des techniques de dopage par modulation qui séparent les dopants ionisés du canal.

Le transport des porteurs de charge dans les semi-conducteurs 2D, tels que les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) peut être influencé par plusieurs facteurs internes et externes. En effet, dans ces matériaux, les porteurs sont fortement confinés et affectés par les effets de diffusion induits par les facteurs environnementaux.

En raison de cette susceptibilité aux effets de diffusion, les matériaux 2D se sont jusqu’à présent avérés très difficiles à étudier et les chercheurs n’ont pas encore pleinement compris leurs propriétés physiques fondamentales. Pour étudier ces matériaux, et en particulier pour étudier les phénomènes quantiques qui s’y produisent, les chercheurs doivent donc d’abord éliminer les effets de diffusion indésirables.

L’élimination des effets de diffusion peut également augmenter les performances des dispositifs basés sur des semi-conducteurs 2D, car des études antérieures ont montré que ces effets ont un impact négatif sur les performances des dispositifs et limitent leur potentiel pour des applications dans le monde réel. Alors que les chercheurs ont proposé plusieurs stratégies pour éliminer les sources externes de diffusion, jusqu’à présent, la réduction de la diffusion intrinsèque qui se produit dans les matériaux 2D s’est avérée très difficile.

Des chercheurs de l’Université de Corée et d’autres instituts coréens ont récemment introduit une stratégie qui pourrait aider à réduire les effets de diffusion intrinsèque dans les matériaux semi-conducteurs 2D. Cette stratégie, présentée dans un article publié dans Nature Électronique, permet la modulation du dopage dans les semi-conducteurs 2D grâce à l’ingénierie de la bande de van der Waals (vdW) et au dopage par transfert de charge à distance.

“Nous rapportons le dopage par modulation à distance d’un transistor bidimensionnel constitué d’une hétérostructure de diséléniure de tungstène/nitrure de bore hexagonal/disulfure de molybdène à modulation de bande”, ont écrit les chercheurs dans leur article. “Le canal de disulfure de molybdène sous-jacent est dopé à distance via un transfert de charge contrôlé à partir de dopants sur la surface de diséléniure de tungstène.”

En utilisant leur stratégie de modulation par dopage, les chercheurs ont pu réaliser un transistor qui présentait une quantité réduite de diffusion intrinsèque. Cela a considérablement amélioré la mobilité des porteurs de l’appareil (c’est-à-dire la vitesse à laquelle les porteurs de charge peuvent se déplacer dans l’appareil).

“Le dispositif dopé par modulation présente un transport de charge confiné en deux dimensions et la suppression de la diffusion des impuretés, illustré par une mobilité croissante avec une température décroissante”, ont expliqué les chercheurs dans leur article. “Nos transistors à effet de champ dopés au bisulfure de molybdène présentent une mobilité à température ambiante de 60 cm2V-1s-1; en comparaison, les transistors qui ont été directement dopés présentent une mobilité de 35 cm2V-1s-1.”

À l’avenir, l’étude menée par cette équipe de chercheurs pourrait ouvrir la voie au développement d’une électronique plus rapide et plus efficace à base de semi-conducteurs. En fait, les ingénieurs pourraient utiliser l’approche présentée dans l’article récent pour contrôler à la fois la mobilité des porteurs et la densité des transistors à effet de champ 2D.


Electronique programmable basée sur le dopage réversible de semi-conducteurs 2D


Plus d’information:
Dopage de modulation à distance dans les transistors à hétérostructure de van der Waals. Nature Électronique(2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00641-6.

© 2021 Réseau Science X

Citation: Une stratégie pour moduler à distance le dopage des transistors 2D (2021, 24 septembre) récupéré le 24 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-strategy-remotely-modulate-doping-2d.html

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