Nat.Commun.:用于单片集成电路的二维半导体的精确 p 型和 n 型掺杂

成果介绍

掺杂是指在半导体中有意识地引入数量可控的特定杂质原子，以改变其电学特性。例如，在硅的熔化过程中，可以在熔化前加入磷或硼等掺杂剂，通过提拉法生产出具有不同导电类型和导电水平的单晶硅片。精确掺杂p、n型区域的能力对于调整互补金属氧化物半导体（CMOS）场效应晶体管（FET）的阈值电压尤为重要。此外，离子注入是硅基集成电路的一项基本技术，可以选择性掺杂特定区域以构筑p型区和n型区，进而制造互补型集成电路芯片。二维原子晶体，由于其原子厚度和堆叠能力，已经成为推进摩尔定律的候选材料之一，特别是在晶体管缩放和层间互连方面。然而，上述掺杂技术在二维半导体材料中进展缓慢，主要原因是很难在合成过程中精准微量的进行杂质原子掺入，并且像离子注入这样的传统工艺对原子级厚度的二维原子晶体无法实现有效的空间选择性掺杂。

有鉴于此，北京大学叶堉研究员、武汉大学何军教授和张晨栋教授和北京理工大学徐晓龙预聘教授提出了一种共溅射掺杂技术，在二维半导体碲化钼薄膜中实现精准地空穴导电（p型）或电子导电（n型）的二维半导体掺杂技术。此外，共溅射掺杂技术可在碲化钼薄膜中进行空间区域的选择性掺杂，将p型和n型的碲化钼薄膜集成在单一基底上。利用上述技术，成功制造出芯片尺寸的二维互补型反相器电路阵列，该电路具有出色的器件性能和良率，展示了二维半导体材料在大规模集成电路中的应用潜力。    

图文导读

图1. 生长具有置换掺杂的大规模 2H-MoTe₂ 薄膜。

图2. Nb掺杂和Re掺杂的 2H-MoTe₂ 半导体的电学特性图3. 2H-MoTe₂ 薄膜的空间控制掺杂    

图4. 单片集成的 2H-MoTe₂ 逆变器阵列及其器件性能    

文献信息

Precise p-type and n-type doping of two-dimensional semiconductors for monolithic integrated circuits

(Nat.Commun.,2024,)

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54050-2    

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