La plupart des tests en laboratoire gonflent discrètement les performances des transistors 2D, révèle une recherche | Andrew Tie, Université de Duke Le silicium a longtemps été le semi-conducteur de choix pour fabriquer des transistors, mais la technologie moderne pousse les limites intrinsèques du matériau. Déjà, les composants trouvés dans les transistors sont aussi fins que la physique le permet. Pour dépasser ces limites, les chercheurs explorent différents matériaux qui peuvent encore fonctionner même s'ils ne mesurent qu'un ou deux atomes d'épaisseur—les soi-disant matériaux 2D. Comment les tests à porte arrière faussent les résultats Pour étudier les performances de ces matériaux, les chercheurs s'appuient souvent sur une architecture simple à "porte arrière" qui construit tous les composants du transistor sur une seule pièce de silicium pour faciliter la fabrication et permettre une expérimentation rapide. Dans cette configuration, un semi-conducteur 2D ultrafin comme le disulfure de molybdène (MoS₂) se trouve entre deux électrodes de contact métalliques qui font passer le courant à travers le semi-conducteur. Le flux de courant est activé ou désactivé en utilisant le substrat en silicium comme contrôle de porte. Cependant, la porte ne module pas seulement le canal du semi-conducteur 2D ; dans l'architecture à "porte arrière", elle influence également la portion du semi-conducteur qui se trouve sous les contacts métalliques. Cela crée un phénomène appelé "gating de contact", un effet qui amplifie les performances du transistor en réduisant la résistance de contact grâce à la porte. Bien que cette amélioration des performances soit d'abord attrayante et ce que les chercheurs souhaitent, l'architecture à porte arrière ne peut pas être utilisée dans un dispositif réel en raison des limitations de vitesse et des fuites de courant électrique qui sont des effets secondaires de l'architecture. "Amplifier les performances semble être une bonne chose," a déclaré Franklin. "Mais bien que cette architecture soit excellente pour des tests de base en laboratoire, elle a des limitations physiques qui empêchent son utilisation dans une technologie de dispositif réelle." Construire un dispositif de test plus équitable Pour révéler ce facteur contributif sous-jacent qui est présent dans des centaines d'études de laboratoire sur les transistors 2D, Victoria Ravel, une étudiante en doctorat dans le laboratoire de Franklin, a passé un an à fabriquer une nouvelle architecture de dispositif qui permet à l'équipe de mesurer directement combien le gating de contact altère leurs performances. Elle a construit un transistor à double porte symétrique, qui comprend des portes au-dessus et en dessous du même canal de semi-conducteur 2D, des contacts et des matériaux. La seule différence entre le contrôle du dispositif avec la porte arrière ou la porte supérieure était la présence ou non du gating de contact, ce qui lui a permis de réaliser une comparaison directe. "Avec la fabrication, vous ne savez jamais sur quoi vous allez tomber," a déclaré Ravel. "Lorsque vous fabriquez à des dimensions si petites, les choses commencent à devenir vraiment difficiles avec ce que vous pouvez faire dans les limites physiques." Les résultats étaient frappants. Dans des dispositifs plus grands, le gating de contact a à peu près doublé les performances. À mesure que Ravel réduisait les dimensions des dispositifs à des tailles minuscules pertinentes pour les technologies futures, l'effet de gating de contact augmentait. À une longueur de canal de 50 nanomètres et des longueurs de contact de 30 nanomètres, le gating de contact a boosté les performances jusqu'à six fois. À mesure que les dispositifs rétrécissent, a expliqué Franklin, les contacts dominent les performances globales. Tout mécanisme qui modifie le comportement de contact devient de plus en plus important. Étant donné que la plupart des résultats des transistors 2D rapportés au fil des ans ont utilisé des architectures à porte arrière, les découvertes de Franklin et Ravel ont de larges implications. Prochaines étapes vers des dispositifs 2D réalistes Ensuite, l'équipe prévoit de pousser le dimensionnement encore plus loin, avec des longueurs de contact réduites à 15 nanomètres, et d'explorer des métaux de contact alternatifs pour réduire la résistance de contact. L'objectif plus large est d'établir des règles de conception plus claires pour intégrer les semi-conducteurs 2D dans les technologies de transistors futures. "Si les matériaux 2D doivent un jour remplacer les canaux en silicium," a déclaré Franklin, "nous devons être honnêtes sur la façon dont l'architecture du dispositif façonne ce que nous mesurons. Ce travail vise à établir cette fondation."