El campo de la electrónica ha estado en constante evolución, con investigadores en busca de materiales que puedan ampliar los límites de la tecnología actual. Uno de estos materiales que ha captado la atención de ingenieros electrónicos y científicos de materiales son los semiconductores bidimensionales (2D). Estos materiales ofrecen una serie de propiedades ventajosas que los convierten en candidatos prometedores para mejorar el rendimiento de los transistores. Una de las principales ventajas de los semiconductores 2D es su espesor atómico, que puede mejorar el control electrostático y el rendimiento en estado ON de los transistores de efecto de campo (FET) de canal corto.
Estrategia de Dopaje de Ytrio para Superar Limitaciones
A pesar de su potencial, los semiconductores 2D enfrentan un gran desafío en forma de altas resistencias de contacto, atribuidas a efectos de pinzamiento del nivel de Fermi. Para superar esta limitación, investigadores de la Universidad de Pekín y la Academia China de Ciencias han introducido una novedosa estrategia de dopaje de ytrio. Este enfoque innovador tiene como objetivo convertir el disulfuro de molibdeno (MoS2) semiconductivo en una forma metálica, mejorando así la alineación de bandas y permitiendo la fabricación de contactos óhmicos para los transistores 2D.
Proceso de Dopaje de Ytrio Mediante Plasma y Depósito de Metales
Al insertar una capa semimetálica entre un electrodo metálico y el semiconductor 2D, los investigadores han mejorado la eficiencia de la inyección de portadores, inspirados en la estructura de siliciuro en transistores basados en silicio. La clave del éxito de la estrategia de dopaje de ytrio es el desarrollo del método de deposición de plasma-annealing (PDA). Esta técnica implica tratar áreas de contacto local con plasma suave de baja potencia para crear sitios activos. Posteriormente, se deposita un metal apilado Y/Ti/Au, con una capa de 1 nm de metal activo Y que sirve como fuente de dopaje en estado sólido. Los átomos de Y difunden en los sitios activos y luego se activan mediante un recocido a alta temperatura en un ambiente de gas inerte.
La introducción de dopaje de ytrio induce una transición de fase 2D en MoS2, metalizando eficazmente el material. Esta transformación, denominada «transición de fase 2D inducida por dopaje de elemento de tierra rara ytrio», abre nuevas posibilidades para mejorar el rendimiento de los semiconductores 2D. Gracias a la estrategia de dopaje de ytrio, los investigadores han logrado desarrollar transistores balísticos de canal MoS2 ultra cortos que exhiben un excelente comportamiento de contacto óhmico y capacidades de conmutación superiores.
Estos avances allanan el camino para el desarrollo de nuevos chips de nodos sub-1 nanómetro, que pueden ofrecer un rendimiento sobresaliente mientras consumen una potencia mínima. A medida que avanzamos, el foco estará en desarrollar contactos óhmicos p tipo igualmente eficientes para semiconductores 2D, acelerando aún más el progreso hacia la electrónica de próxima generación.
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