Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea y la startup TDS Innovation, entre otras instituciones, han desarrollado un método para controlar los puntos de nucleación del crecimiento cristalino de semiconductores bidimensionales, permitiendo formar monocristales en el centro de áreas predefinidas, lo que promete reducir los bordes de grano y mejorar la consistencia de los dispositivos. La investigación relacionada se publicó el 7 de octubre.
El equipo de investigación desarrolla con éxito una nueva tecnología para mejorar la calidad cristalina de semiconductores 2D
Los materiales bidimensionales están compuestos por una sola capa o pocas capas atómicas. Aunque el grafeno es representativo, carece de una banda prohibida intrínseca, lo que lo hace inadecuado para transistores de conmutación tradicionales. Los calcogenuros de metales de transición como el disulfuro de molibdeno poseen banda prohibida y se consideran materiales candidatos para futuros transistores y dispositivos nanoelectrónicos. Sin embargo, al crecer estos materiales sobre obleas, suelen nuclearse en posiciones aleatorias. Los bordes de grano formados cuando múltiples cristales se encuentran afectan el rendimiento eléctrico y reducen la uniformidad de los dispositivos.
El equipo de investigación propone un proceso de nucleación monocéntrica mediado por flujo de grabado. Este método utiliza una capa de óxido como barrera para liberar oxígeno, formando un flujo de grabado lateral que suprime la nucleación cristalina en otras posiciones dentro del área de crecimiento patrón, conservando únicamente el centro geométrico como punto de inicio del crecimiento. En pruebas sobre sustratos de dos centímetros cuadrados, 397 de 400 posiciones patrón formaron monocristales con éxito, alcanzando un rendimiento del 99,3%.
Los investigadores también fabricaron transistores de efecto de campo funcionales utilizando este proceso, cuya movilidad de portadores supera a la de transistores de disulfuro de molibdeno de crecimiento selectivo reportados anteriormente. Los semiconductores 2D también pueden apilarse sobre obleas de silicio, acercando las unidades lógicas y de memoria, y utilizarse en transistores de efecto de campo complementarios con apilamiento vertical de diferentes tipos de transistores. TDS Innovation planea impulsar la aplicación comercial de la tecnología relacionada alrededor de 2030, aunque el momento específico de producción en masa aún depende de la validación posterior.
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