Equipa coreana desenvolve método para controlar crescimento de cristais de semicondutores 2D com potencial para melhorar consistência dos dispositivos

Investigadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia e da startup TDS Innovation, entre outras instituições, desenvolveram um método para controlar o ponto de partida do crescimento de cristais de semicondutores 2D, permitindo formar monocristais no centro de áreas predefinidas, com potencial para reduzir fronteiras de grão e melhorar a consistência dos dispositivos. A investigação relacionada foi publicada a 7 de outubro.

Equipa de investigação desenvolve com sucesso nova tecnologia para melhorar qualidade de cristais de semicondutores 2D

Os materiais 2D são constituídos por uma única camada ou por poucas camadas atómicas. Embora o grafeno seja representativo, carece de uma lacuna de banda intrínseca, o que o torna inadequado para transístores de comutação tradicionais. Os compostos de calcogéneos de metais de transição, como o dissulfureto de molibdénio, possuem lacuna de banda e são considerados materiais candidatos para transístores e nanodispositivos futuros. No entanto, quando estes materiais crescem em wafers, normalmente nucleiam em posições aleatórias. As fronteiras de grão geradas pelo encontro de múltiplos cristais afetam o desempenho elétrico e reduzem a uniformidade dos dispositivos.

A equipa de investigação propôs um processo de nucleação unicêntrica mediada por fluxo de gravação. Este método utiliza uma barreira de óxido para libertar oxigénio, formando um fluxo de gravação lateral que suprime a nucleação de cristais noutros locais dentro da área de crescimento padronizada, mantendo apenas o centro geométrico como ponto de partida do crescimento. Em testes num substrato com área de dois centímetros quadrados, 397 das 400 posições padronizadas formaram monocristais com sucesso, atingindo um rendimento de 99,3%.

Os investigadores também utilizaram este processo para fabricar transístores de efeito de campo funcionais, cuja mobilidade de portadores de carga é superior à dos transístores de dissulfureto de molibdénio de crescimento seletivo reportados anteriormente. Os semicondutores 2D podem ainda ser empilhados com wafers de silício, aproximando unidades lógicas e de memória, e serem utilizados em transístores de efeito de campo complementares com empilhamento vertical de diferentes tipos de transístores. A TDS Innovation planeia impulsionar a aplicação comercial da tecnologia relacionada por volta de 2030, mas o calendário concreto de produção em massa continua a depender de validações subsequentes.