Il metodo rimuove l'incertezza dalla stratificazione dei semiconduttori di ossido

Tokyo, Giappone – I circuiti integrati 3D sono una parte fondamentale del miglioramento dell'efficienza dell'elettronica per soddisfare le considerevoli richieste dei consumatori. Vengono costantemente sviluppati, ma tradurre i risultati teorici in dispositivi reali non è facile. Ora, un nuovo progetto di un gruppo di ricerca giapponese può trasformare queste teorie in realtà.

In uno studio recentemente pubblicato per il VLSI Symposium 2023, i ricercatori dell'Institute of Industrial Science dell'Università di Tokyo hanno segnalato un processo di deposizione per semiconduttori di ossido di nanosheet. Il semiconduttore di ossido risultante da questo processo ha elevata mobilità dei portatori e affidabilità nei transistor.

I circuiti integrati 3D sono costituiti da più strati, ciascuno dei quali svolge un ruolo nella funzione complessiva. I semiconduttori di ossido stanno attirando molta attenzione come materiali per vari componenti di circuiti perché possono essere lavorati a bassa temperatura, pur avendo un'elevata mobilità dei portatori e una bassa dispersione di carica, e sono in grado di resistere a tensioni elevate.

Ci sono anche vantaggi nell'utilizzare ossidi anziché metalli nei processi in cui gli elettrodi possono essere esposti all'ossigeno durante il processo di integrazione e ossidarsi.

Tuttavia, lo sviluppo dei processi necessari per depositare in modo affidabile strati molto sottili di materiali semiconduttori di ossido nella produzione di dispositivi è impegnativo e ad oggi non è stato completamente stabilito. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto una tecnica di deposizione di strati atomici (ALD) che produce strati adatti all'integrazione su larga scala.

"Utilizzando il nostro processo, abbiamo effettuato uno studio sistematico dei transistor ad effetto di campo (FET) per stabilirne i limiti e ottimizzarne le proprietà", spiega l'autore principale dello studio, Kaito Hikake. I FET controllano il flusso di corrente in un semiconduttore. "Abbiamo messo a punto il rapporto dei componenti e regolato le condizioni di preparazione e i nostri risultati hanno portato allo sviluppo di un FET nanosheet multi-gate per il funzionamento normalmente spento e un'elevata affidabilità."

I risultati hanno rivelato che un FET realizzato con il semiconduttore di ossido scelto da ALD aveva le prestazioni migliori. Si ritiene che il FET nanosheet multi-gate sia il primo a combinare caratteristiche di elevata mobilità e affidabilità del vettore con il funzionamento normalmente spento.

"In settori in rapida evoluzione come l'elettronica, è importante tradurre i risultati della prova di concetto in processi rilevanti a livello industriale", afferma Masaharu Kobayashi, autore senior. "Crediamo che il nostro studio fornisca una tecnica solida che può essere utilizzata per produrre dispositivi che soddisfino la necessità del mercato di circuiti integrati 3D producibili con funzionalità elevate."

I risultati di questo studio hanno fornito una soluzione a uno dei grandi ostacoli nella produzione di dispositivi elettronici con semiconduttori. Si spera che questo porterà più progetti di elettronica con elevata funzionalità ai prodotti reali.