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Jun 29, 2023

Leistungsfähigkeit der fortschrittlichen Elektronik mit geschichteten Materialien und großem Umfang

Siliziumkarbid (SiC) und Gruppe-III-Nitride (GaN, AlN, InN und ihre Legierungen) spielen eine entscheidende Rolle in der energieeffizienten Stromumwandlung, Hochfrequenzelektronik und Optoelektronik. Durch die Kombination der

Siliziumkarbid (SiC) und Gruppe-III-Nitride (GaN, AlN, InN und ihre Legierungen) spielen eine entscheidende Rolle in der energieeffizienten Stromumwandlung, Hochfrequenzelektronik und Optoelektronik. Durch die Kombination der ausgereiften Technologie dieser Halbleiter mit großer Bandlücke mit den außergewöhnlichen Eigenschaften von 2D-Materialien wie Graphen und Übergangsmetalldichalkogeniden (insbesondere Molybdändisulfid (MoS2)) können Forscher ultraschnelle Dioden und Transistoren entwickeln.

Von April 2020 bis März 2023 arbeiteten Forscher von CNR-IMM (Italien), CNRS-CRHEA (Frankreich), IEE-SAS (Slowakei), MFA-EK (Ungarn) und der Universität Palermo (Italien) an der FLAG- ERA ETMOS-Projekt zum Bau von Konzeptgeräten auf Basis von MoS2, SiC und Galliumnitrid (GaN).

Der Höhepunkt des ETMOS-Projekts war die Entwicklung von MoS2/SiC- und MoS2/GaN-Heterojunction-Dioden mit hervorragenden Gleichrichtungseigenschaften. Eine abstimmbare Strominjektion wurde durch maßgeschneiderte Dotierung von MoS2- oder SiC (GaN)-Oberflächen erreicht [1,2,3].

Angesichts des hohen Anwendungspotenzials dieser Forschung im Bereich der Hochleistungs- und Hochfrequenzelektronik kam das italienische Unternehmen STMicroelectronics an Bord, was zu zwei US-Patentanmeldungen führte, die CNR und STMicroelectronics gemeinsam für fortschrittliche Dioden und Transistoren auf Basis dieser Kombination anmeldeten von MoS2 mit SiC [4] und GaN [5].

Um solche Strukturen aufzubauen, untersuchte das Team verschiedene Methoden, darunter ein- und zweistufige chemische Gasphasenabscheidung (CVD) [1,2,6], gepulste Laserabscheidung (PLD) [3], Molekularstrahlepitaxie (MBE) und fortgeschrittene Exfoliation /transfer-Methoden [7,8,9]. Die Forscher bewerteten auch verschiedene Charakterisierungsprotokolle, die auf der Kombination von Mikro-Raman, Rasterkraftmikroskopie (AFM/leitendes AFM) und Transmissionselektronenmikroskopen mit atomarer Auflösung basieren, um die Anzahl der Schichten, die Dotierung, die Spannung von MoS2 und den Strom zu bewerten Injektion an MoS2-Heteroübergängen mit SiC und GaN.

Das ETMOS-Projekt hat seine wissenschaftlichen Ergebnisse auf verschiedene Weise aktiv verbreitet, unter anderem durch die Veröffentlichung in peer-reviewten Open-Access-Zeitschriften, die Teilnahme an internationalen Konferenzen und die Organisation eines Symposiums auf der Herbsttagung 2022 der European Materials Research Society (EMRS).

„Die Integration von 2D-Materialien verleiht SiC und GaN neue Funktionalitäten und erweitert das Spektrum potenzieller Anwendungen dieser Halbleiter mit großer Bandlücke. Ich gehe davon aus, dass diese Technologie neue Marktchancen eröffnen wird“, sagt Filippo Giannazzo, Forschungsdirektor von CNR-IMM.

Verweise

Stromdichte-Vorspannungs-Kennlinie einer MoS2/4H-SiC-Heteroübergangsdiode, die ein ausgezeichnetes Gleichrichtungsverhalten zeigt. Bild angepasst aus Ref.[3]. Copyright Wiley, 2023.

(a) AFM-, (b) Mikro-Raman- und atomare Auflösungs-STEM-Charakterisierung von einschichtigen MoS2-Filmen, die auf GaN gewachsen sind. Bild angepasst aus Ref.[2]. Copyright Elsevier, 2023.

Wissenschaftsjournalist und Koordinator der Initiative „Diversity in Graphene“.

Stromdichte-Vorspannungs-Kennlinie einer MoS2/4H-SiC-Heteroübergangsdiode, die ein ausgezeichnetes Gleichrichtungsverhalten zeigt. Bild angepasst aus Ref.[3]. Copyright Wiley, 2023.

(a) AFM-, (b) Mikro-Raman- und atomare Auflösungs-STEM-Charakterisierung von einschichtigen MoS2-Filmen, die auf GaN gewachsen sind. Bild angepasst aus Ref.[2]. Copyright Elsevier, 2023.

Wissenschaftsjournalist und Koordinator der Initiative „Diversity in Graphene“.