La mayoría de las pruebas de laboratorio inflan silenciosamente el rendimiento de los transistores 2D, revela la investigación | Andrew Tie, Universidad de Duke El silicio ha sido durante mucho tiempo el semiconductor preferido para fabricar transistores, pero la tecnología moderna está empujando a prueba las limitaciones intrínsecas del material. Ya, los componentes que se encuentran en los transistores son tan delgados como la física lo permite. Para ir más allá de estos límites, los investigadores están explorando diferentes materiales que aún pueden funcionar aunque solo tengan uno o dos átomos de grosor, los llamados materiales 2D. Cómo las pruebas con back-gated distorsionan los resultados Para estudiar el rendimiento de esos materiales, los investigadores suelen confiar en una arquitectura sencilla de "puerta trasera" que construye todos los componentes del transistor sobre una única pieza de silicio para facilitar la fabricación y permitir una experimentación rápida. En esta configuración, un semiconductor 2D ultrafino como el disulfuro de molibdeno (MoS₂) se sitúa entre dos electrodos metálicos de contacto que hacen pasar corriente a través del semiconductor. El flujo de corriente se activa o apaga usando el sustrato de silicio como control de compuerta. Sin embargo, la puerta no solo modula el canal semiconductor 2D; En la arquitectura de "puerta trasera", también influye en la parte del semiconductor que está por debajo de los contactos metálicos. Esto crea un fenómeno llamado "contact gating", un efecto que amplifica el rendimiento del transistor al reducir la resistencia de contacto mediante la puerta. Aunque esta mejora en el rendimiento resulta atractiva al principio y es lo que buscan los investigadores, la arquitectura back-gated no puede utilizarse en un dispositivo real debido a limitaciones de velocidad y fuga de corriente eléctrica que son efectos secundarios de la arquitectura. "Amplificar la interpretación suena a algo bueno", dijo Franklin. "Pero aunque esta arquitectura es estupenda para pruebas básicas en laboratorio, tiene limitaciones físicas que impiden que se utilice en una tecnología de dispositivo real." Construir un dispositivo de prueba más justo Para revelar este factor subyacente que está presente en cientos de estudios de laboratorio sobre transistores 2D, Victoria Ravel, estudiante de doctorado en el laboratorio de Franklin, pasó un año fabricando una nueva arquitectura de dispositivo que permite al equipo medir directamente cuánto altera el contacto en su rendimiento. Construyó un transistor simétrico de doble compuerta, que incluye compuertas por encima y por debajo del mismo canal semiconductor 2D, contactos y materiales. La única diferencia entre controlar el dispositivo con la puerta trasera o superior era si había una puerta de contacto presente, para poder hacer una comparación uno a uno. "Con la invención, nunca sabes con qué te vas a encontrar", dijo Ravel. "Cuando fabricas en dimensiones tan pequeñas, las cosas empiezan a complicarse mucho con lo que puedes hacer dentro de los límites físicos." Los resultados fueron impactantes. En dispositivos más grandes, el control de contactos duplicaba aproximadamente el rendimiento. A medida que Ravel redujo los dispositivos a dimensiones diminutas relevantes para futuras tecnologías, el efecto de control de contacto aumentó. Con una longitud de canal de 50 nanómetros y una longitud de contacto de 30 nanómetros, el contacto con compuerta aumentó el rendimiento hasta seis veces. A medida que los dispositivos se reducen, explicó Franklin, los contactos dominan el rendimiento general. Cualquier mecanismo que altere el comportamiento de contacto se vuelve cada vez más importante. Dado que la mayoría de los resultados de transistores 2D reportados a lo largo de los años han utilizado arquitecturas back-gated, los hallazgos de Franklin y Ravel tienen amplias implicaciones. Próximos pasos hacia dispositivos 2D realistas A continuación, el equipo planea llevar la escalada aún más lejos, con longitudes de contacto hasta 15 nanómetros, e investigar metales de contacto alternativos para reducir la resistencia de contacto. El objetivo más amplio es establecer reglas de diseño más claras para integrar semiconductores 2D en futuras tecnologías de transistores. "Si algún día los materiales 2D van a reemplazar a los canales de silicio", dijo Franklin, "tenemos que ser honestos sobre cómo la arquitectura de los dispositivos moldea lo que medimos. Este trabajo trata de sentar esa base."