Hochbewegliche, drei Atome dicke Halbleiterschichten mit Homogenität auf Wafer-Ebene.

Titel	Hochbewegliche, drei Atome dicke Halbleiterschichten mit Homogenität auf Wafer-Ebene.
Autoren	Kibum Kang, Saien Xie, Lujie Huang, Yimo Han, Pinshane Y. Huang, Kin Fai Mak, Cheol-Joo Kim, David Muller, Jiwoong Park
Zeitschrift	Natur
Datum	04/01/2015
DOI	10.1038/nature14417
Einführung	Die Grundlage der modernen Elektronik und Optoelektronik beruht in hohem Maße auf der umfangreichen Herstellung halbleitender Dünnschichten. Die Verringerung der Schichtdicke auf die atomare, sub-Nanometer-Skala bietet erhebliche Vorteile für ultradünne und flexible Elektronik, Photovoltaik und Displaytechnik, was für herkömmliche Halbleiter wie Silizium und Galliumarsenid eine Herausforderung darstellt. Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMD) sind hervorragende Kandidaten, da sie stabile Monoschichten mit einer Dicke von drei Atomen und einer hohen elektrischen Ladungsträgerbeweglichkeit bilden. Ihr direktes Wachstum auf isolierenden Substraten erleichtert die Serienfertigung von leistungsstarken, atomar dünnen Transistoren und Photodetektoren für industrielle Anwendungen, da die Notwendigkeit eines Filmtransfers entfällt. Darüber hinaus verfügen TMDs über ausgeprägte elektronische Bandstrukturen, die fortschrittliche Bauelemente ermöglichen, wie z. B. starke exzitonische Effekte, Abstimmung der Bandlücke, Übergänge von indirekter zu direkter Bandlücke, Piezoelektrizität und Valleytronics. Trotz dieser Vorteile stellt das großtechnische Wachstum von einschichtigen TMD-Filmen mit gleichmäßiger räumlicher Einheitlichkeit und hoher elektrischer Leistung nach wie vor eine große Hürde dar. In dieser Studie wird die Herstellung hochbeweglicher, 4 Zoll großer Filme aus einlagigem Molybdändisulfid (MoS2) und Wolframdisulfid im Wafermaßstab beschrieben. Diese Filme wurden direkt auf isolierenden Siliziumdioxidsubstraten mit einer innovativen metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidungstechnik gezüchtet und weisen eine hervorragende räumliche Homogenität über den gesamten Wafer auf. Die MoS2-Filme zeigten eine beeindruckende elektrische Leistung mit einer Elektronenmobilität von 30 cm² V-¹ s-¹ bei Raumtemperatur und 114 cm² V-¹ s-¹ bei 90 K, wobei die Abhängigkeit von der Position oder der Kanallänge minimal war. Mit diesen Filmen ist es uns gelungen, hochleistungsfähige Monolayer-MoS2-Feldeffekttransistoren im Wafermaßstab herzustellen, die eine Ausbeute von 99 % aufweisen. Darüber hinaus haben wir die Herstellung von vertikal gestapelten Transistoren auf mehreren Ebenen demonstriert und damit den Weg für dreidimensionale Schaltkreise geebnet. Diese Entwicklung ist ein entscheidender Fortschritt auf dem Weg zur Realisierung atomar dünner integrierter Schaltungen.
Zitat	Kibum Kang, Saien Xie und Lujie Huang et al. High-mobility three-atom-thick semiconducting films with wafer-scale homogeneity.. 2015. DOI: 10.1038/nature14417
Element	Molybdän (Mo) , Schwefel (S) , Wolfram (W) , Silizium (Si) , Sauerstoff (O) , Gallium (Ga) , Arsen (As)
Themen	Abscheidungsprozesse
Industrie	Elektronik , Solarenergie , Forschung & Labor

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