De hojas a pilas, nuevas nanoestructuras profesionales

Mar 01, 2024

Nuevos TFET realizados con uniones dicalcogenuros de metales de transición multicapa en el plano

Universidad Metropolitana de Tokio

Imagen: La deposición química de vapor se puede utilizar para hacer crecer una estructura de TMDC de múltiples capas a partir de un TMDC diferente.ver más

Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

Tokio, Japón – Científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio han diseñado con éxito nanoestructuras multicapa de dicalcogenuros de metales de transición que se unen en el plano para formar uniones. Crecieron capas de estructuras multicapa de disulfuro de molibdeno a partir del borde de fragmentos de disulfuro de molibdeno dopados con niobio, creando una heteroestructura plana, espesa y unida. Demostraron que se pueden utilizar para fabricar nuevos transistores de efecto de campo de túnel (TFET), componentes de circuitos integrados con un consumo de energía ultrabajo.

Los transistores de efecto de campo (FET) son un componente fundamental de casi todos los circuitos digitales. Controlan el paso de la corriente a través de él en función del voltaje que se aplica. Si bien los FET (o MOSFET) semiconductores de óxido metálico constituyen la mayoría de los FET que se utilizan en la actualidad, se está buscando la próxima generación de materiales para impulsar dispositivos cada vez más exigentes y compactos que utilicen menos energía. Aquí es donde entran en juego los FET (o TFET) de túnel. Los TFET se basan en el túnel cuántico, un efecto en el que los electrones pueden atravesar barreras generalmente infranqueables debido a efectos de la mecánica cuántica. Aunque los TFET utilizan mucha menos energía y se han propuesto desde hace tiempo como una alternativa prometedora a los FET tradicionales, los científicos aún tienen que encontrar una forma de implementar la tecnología de forma escalable.

Un equipo de científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio dirigido por el profesor asociado Yasumitsu Miyata ha estado trabajando en la creación de nanoestructuras a partir de dicalcogenuros de metales de transición, una mezcla de metales de transición y elementos del grupo 16. Los dicalcogenuros de metales de transición (TMDC, dos átomos de calcógeno por un átomo de metal) son excelentes materiales candidatos para crear TFET. Sus éxitos recientes les han permitido unir capas gruesas de un solo átomo de láminas cristalinas de TMDC en longitudes sin precedentes. Ahora han centrado su atención en las estructuras multicapa de los TMDC. Mediante el uso de una técnica de deposición química de vapor (CVD), demostraron que podían desarrollar un TMDC diferente a partir del borde de planos cristalinos apilados montados sobre un sustrato. El resultado fue una unión en el plano con varias capas de espesor. Gran parte del trabajo existente sobre uniones TMDC utiliza monocapas apiladas una encima de otra; Esto se debe a que, a pesar del excelente rendimiento teórico de las uniones en el plano, los intentos anteriores no pudieron lograr las altas concentraciones de huecos y electrones necesarias para que un TFET funcione.

Después de demostrar la solidez de su técnica utilizando disulfuro de molibdeno cultivado a partir de diseleniuro de tungsteno, dirigieron su atención al disulfuro de molibdeno dopado con niobio, un semiconductor de tipo p. Al desarrollar estructuras multicapa de disulfuro de molibdeno sin dopar, un semiconductor de tipo n, el equipo logró una unión pn gruesa entre TMDC con una concentración de portadores sin precedentes. Además, descubrieron que la unión mostraba una tendencia de resistencia diferencial negativa (NDR), donde los aumentos de voltaje conducen a un aumento cada vez menor de corriente, una característica clave de la tunelización y un primer paso importante para que estos nanomateriales se abran camino hacia los TFET.

El método empleado por el equipo también es escalable en áreas grandes, lo que lo hace adecuado para su implementación durante la fabricación de circuitos. Se trata de un nuevo e interesante desarrollo para la electrónica moderna, que se espera que encuentre su camino hacia las aplicaciones en el futuro.

Este trabajo fue apoyado por las subvenciones JSPS KAKENHI, números de subvención JP20H02605, JP21H05232, JP21H05233, JP21H05234, JP21H05237, JP22H00280, JP22H04957, JP22H05469, JP22J14738. JP21K14484, JP20K22323, JP20H00316, JP20H02080, JP20K05253, JP20H05664, JP18H01822, JP21K04826, JP22H05445 y JP21K14498, número de subvención CREST JPMJCR16F3 y número de subvención FOREST de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología JPMJFR213X.

ACS Nano

10.1021/acsnano.2c11927

Heteroestructuras multicapa en el plano basadas en dichaslcogenuros de metales de transición para electrónica avanzada

27-feb-2023

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