Método remove a incerteza das camadas de semicondutores de óxido

Tóquio, Japão – Os circuitos integrados 3D são uma parte fundamental da melhoria da eficiência da eletrônica para atender às demandas consideráveis ​​dos consumidores. Eles estão sendo constantemente desenvolvidos, mas traduzir descobertas teóricas em dispositivos reais não é fácil. Agora, um novo projeto de uma equipe de pesquisa do Japão pode transformar essas teorias em realidade.

Em um estudo publicado recentemente para o Simpósio VLSI 2023, pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio relataram um processo de deposição de semicondutor de óxido de nanofolha. O semicondutor de óxido resultante desse processo possui alta mobilidade de portadores e confiabilidade em transistores.

Os circuitos integrados 3D são compostos de várias camadas, cada uma desempenhando um papel na função geral. Os semicondutores de óxido estão atraindo muita atenção como materiais para vários componentes de circuitos porque podem ser processados ​​em baixa temperatura, enquanto ainda possuem alta mobilidade de portadores e baixo vazamento de carga, além de serem capazes de suportar altas tensões.

Também há vantagens em usar óxidos em vez de metais em processos nos quais os eletrodos podem ser expostos ao oxigênio durante o processo de integração e se tornarem oxidados.

No entanto, desenvolver os processos necessários para depositar de forma confiável camadas muito finas de materiais semicondutores de óxido na fabricação de dispositivos é um desafio e não foi totalmente estabelecido até o momento. Recentemente, os pesquisadores relataram uma técnica de deposição de camada atômica (ALD) que produz camadas apropriadas para integração em larga escala.

"Usando nosso processo, realizamos um estudo sistemático de transistores de efeito de campo (FETs) para estabelecer suas limitações e otimizar suas propriedades", explica o principal autor do estudo, Kaito Hikake. Os FETs controlam o fluxo de corrente em um semicondutor. "Nós ajustamos a proporção dos componentes e ajustamos as condições de preparação e nossas descobertas levaram ao desenvolvimento de um FET de nanofolha multiporta para operação normalmente desligada e alta confiabilidade."

As descobertas revelaram que um FET feito do semicondutor de óxido escolhido pela ALD teve o melhor desempenho. Acredita-se que o FET de nanofolha multiporta seja o primeiro a combinar alta mobilidade de portadora e características de confiabilidade com operação normalmente desligada.

"Em áreas de rápida evolução, como a eletrônica, é importante traduzir as descobertas da prova de conceito em processos industrialmente relevantes", diz Masaharu Kobayashi, autor sênior. “Acreditamos que nosso estudo fornece uma técnica robusta que pode ser usada para produzir dispositivos que atendam à necessidade do mercado de circuitos integrados 3D fabricáveis ​​com alta funcionalidade”.

As descobertas deste estudo forneceram uma solução para um dos grandes obstáculos na fabricação de dispositivos eletrônicos com semicondutores. Esperançosamente, isso trará mais designs de eletrônicos com alta funcionalidade para produtos reais.