Pila de compuerta de dieléctrico de alta κ (HfO2)/semiconductor 2D (HfSe2) para dispositivos de computación de conmutación abrupta de bajo consumo.

Resumen En este documento se reporta una pila de compuerta de alta calidad (HfO2 nativo formado sobre HfSe2 2D) fabricada a través de oxidación por plasma, logrando una interfaz atómicamente nítida con una densidad de trampas de interfaz suprimida (D it ≈ 5 × 10 10 cm −2 eV −1 ). El HfO2 convertido químicamente exhibe una constante dieléctrica, κ ≈ 23, resultando en una baja corriente de fuga de compuerta (≈10 −3 A cm −2 ) a un grosor equivalente de óxido de ≈0.5 nm. Los cálculos de funcionales de densidad indican que el mecanismo atómico para lograr una interfaz de alta calidad es la posibilidad de que los átomos de O reemplacen a los átomos de Se de la capa interfacial de HfSe2 sin una barrera de energía de sustitución, permitiendo que la oxidación capa por capa proceda. La pila de compuerta HfO2/HfSe2 fabricada con transistor de efecto de campo demuestra una pendiente de subumbral (SS) casi ideal de ≈61 mV dec −1 (sobre cuatro órdenes de I DS ) a temperatura ambiente (300 K), junto con una alta relación I on / I off de ≈10 8 y una pequeña histéresis de ≈10 mV. Además, al utilizar una arquitectura de dispositivo con estructuras de compuerta y canal de HfO2/HfSe2 controladas por separado, se fabrica un transistor de efecto de campo de ionización por impacto que exhibe características de conmutación abrupta de tipo n con un valor de SS de 3.43 mV dec −1 a temperatura ambiente, superando el límite de Boltzmann. Estos resultados representan un paso significativo hacia la realización de dispositivos semiconductores post-Si para la futura electrónica de computación centrada en datos y eficiente en energía.