我国开发有效抑制二维材料晶体管发热的相变掺杂技术

5月11日，据美国化学学会网站报道，香港理工大学柴扬教授团队和浙江大学赵昱达研究员团队合作开发出一种高精度二维材料掺杂技术，实现了对二维材料晶体管横向电场分布的有效调控，克服了小尺寸下二维材料晶体管发热严重的问题，促进了二维材料晶体管的实用化。

具有原子级厚度的二维材料是3纳米以下制程集成电路沟道材料的理想选择。以二维材料为沟道材料的场效应晶体管（即二维材料晶体管）已在实验室条件下展现出卓越性能。然而，由于接触电阻的存在，小尺寸二维材料晶体管在高电流密度下会产生自加热问题，且沟道上的高横向电场会引发焦耳热，进一步增加了晶体管失效的风险。对此，研究团队以二维材料二硒化铂作为晶体管沟道材料，结合两步光刻法和选择性氩等离子体处理技术，成功在二硒化铂材料层中精确构建出不同掺杂浓度的多层横向结。进一步，研究团队深入研究这一掺杂机制，发现选择性氩等离子体处理将二硒化铂原本的单晶六方结构转变为含缺陷的铂硒化合物和铂纳米结构组成的多晶结构（即发生相变），从而实现了可控掺杂。在此基础上，研究团队制备出欧姆接触型二硒化铂晶体管和降低自发热型二硒化铂晶体管，并与未掺杂的二硒化铂晶体管进行对比，发现欧姆接触型二硒化铂晶体管具有最低的接触电阻，而降低自发热型二硒化铂晶体管具有较低的接触电阻、最佳的电学可靠性、最小的峰值电场和焦耳热生成率，还可有效抑制短沟道效应，表现出优异的综合性能。研究人员表示，这种高精度相变掺杂技术也可用于制备其他二维材料晶体管，推动了二维材料在纳米电子器件领域的应用，也为解决下一代集成电路面临的发热严重问题提供了新思路。