🇹🇼 Вести из лабораторий. Перспективные материалы. MoS₂. Тайвань

TSMC продемонстрировала однослойный транзистор MoS₂ с верхним затвором

TSMC совместно с тайваньским Национальным университетом Ян Мин Цзяо Тун (NYCU) разработала top-gate транзистор на основе однослойного дисульфида молибдена (MoS₂). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.

Пока речь идет о лабораторной демонстрации, однако работа представляет интерес для дальнейшего масштабирования транзисторов в субнанометровый диапазон. Толщина монослоя MoS₂ составляет всего около 0,7 нм, что обеспечивает сильный электростатический контроль канала со стороны затвора.

Главная проблема при создании таких транзисторов - формирование чрезвычайно тонкого и качественного диэлектрика непосредственно на поверхности 2D-материала. Обычные методы осаждения могут приводить к появлению дефектов на интерфейсе, а при уменьшении толщины диэлектрика усиливается рассеяние носителей заряда, что ухудшает характеристики транзистора.

TSMC и NYCU предложили решить эту проблему с помощью эпитаксиального интерфейса. В условиях сверхвысокого вакуума непосредственно на MoS₂ нанесли тонкий слой алюминия, который затем окислили. В результате сформировался сверхтонкий слой Al₂O₃, после чего поверх него был сформирован основной high-k диэлектрик из HfO₂.

Получившаяся структура позволила сформировать затвор с эквивалентной толщиной диэлектрика (EOT) около 1 нм и при этом сохранить хорошие электрические характеристики. В частности, исследователи получили крутизну характеристики транзистора около 0,45 мСм/мкм без существенного ухудшения подвижности носителей из-за воздействия диэлектрика.

Это важно не столько само по себе как рекорд лабораторного транзистора, сколько как решение одной из ключевых проблем будущих 2D-транзисторов: как сформировать ультратонкий high-k диэлектрик на атомарно тонком канале, не разрушив его электрические свойства.

🔹 От лаборатории - к 300-мм пластинам

Работа TSMC и NYCU вписывается в более широкий тренд по переходу 2D-транзисторов от отдельных лабораторных образцов к технологиям, совместимым с промышленным производством.

Еще один важный результат был получен в июне 2026 года: imec совместно с ASML и TSMC продемонстрировал на 300-мм кремниевой пластине интеграцию транзисторов с каналами из 2D-материалов. Были сформированы nFET на MoS₂ и pFET на основе других переходных дихалькогенидов металлов - WS₂/WSe₂. В процессе использовалась EUV-литография.
Это пока также не означает готовности технологии к массовому производству. Однако результат показывает, что 2D-материалы уже начинают рассматриваться не только как объект фундаментальных исследований, но и с точки зрения 300-мм технологического процесса и интеграции в производственную цепочку.

Атомарно тонкие материалы вроде MoS₂ рассматриваются как один из возможных путей дальнейшего масштабирования логических транзисторов. Они особенно интересны для будущих архитектур CFET (Complementary Field-Effect Transistor), в которых n- и p-транзисторы располагаются вертикально друг над другом.

При этом связывать конкретный транзистор из новой работы TSMC/NYCU непосредственно с «0,7-нм техпроцессом» пока неправильно. 0,7 нм в данном случае - прежде всего толщина монослоя MoS₂, тогда как обозначение технологического узла не соответствует физической длине затвора.

Тем не менее сочетание двух результатов — атомарно тонкого канала и продемонстрированной ранее 300-мм интеграции 2D-транзисторов - показывает, почему MoS₂ и другие 2D-материалы становятся одним из наиболее интересных кандидатов для следующего этапа масштабирования полупроводниковой электроники.

✓ Подпишитесь на RUSmicro в Telegram | в Max