Dieléctricos de alta constante dieléctrica a escala de oblea para circuitos bidimensionales a través de la integración de van der Waals

La aplicación práctica de semiconductores bidimensionales (2D) para la electrónica de alto rendimiento requiere la integración con dieléctricos de gran escala y alta calidad, los cuales han sido difíciles de depositar hasta la fecha, debido a su superficie libre de enlaces colgantes. Aquí, informamos sobre una estrategia de integración de dieléctricos secos que permite la transferencia de dieléctricos de alta constante dieléctrica y a escala de oblea sobre semiconductores 2D. Al utilizar una capa de tamponamiento ultradelgada, se podrían predepositar dieléctricos de Al2O3 o HfO2 de menos de 3 nm de grosor y luego transferirse mecánicamente en seco sobre monocapas de MoS2. La película dieléctrica ultradelgada transferida pudo mantener una planitud y uniformidad a escala de oblea sin ninguna fisura, demostrando una capacitancia de hasta 2.8 μF/cm2, un espesor equivalente de óxido de hasta 1.2 nm y corrientes de fuga de ~10-7 A/cm2. Los transistores MoS2 con compuerta superior fabricados mostraron propiedades intrínsecas sin efectos de dopado, exhibiendo relaciones encendido-apagado de ~107, una pendiente de sub umbral de hasta 68 mV/dec y el estado de interfaz más bajo de 7.6×109 cm-2 eV-1. También mostramos que las matrices de compuerta superior escalables pueden utilizarse para construir puertas lógicas funcionales. Nuestro estudio proporciona una ruta factible hacia la integración vdW de películas dieléctricas de alta constante dieléctrica utilizando un proceso ALD compatible con la industria con grosor, uniformidad y escalabilidad bien controlados.