TOKIO, Japón — Científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio lograron diseñar nanoestructuras multicapa de calcogenuros de metales de transición que se encuentran en el plano para formar uniones. Hicieron crecer capas de estructuras multicapa de disulfuro de molibdeno desde el borde de fragmentos de disulfuro de molibdeno dopados, lo que resultó en una heteroestructura plana interconectada y gruesa. Han demostrado que se pueden utilizar para fabricar nuevos transistores de efecto de campo de tunelización (TFET), componentes de circuitos integrados con un consumo de energía extremadamente bajo.

Los transistores de efecto de campo (FET) son un componente esencial de casi todos los circuitos digitales. Controlan el paso de la corriente a través de él dependiendo del voltaje que se le aplica. Si bien los FET (o MOSFET) semiconductores de óxido de metal constituyen la mayoría de los FET que se usan en la actualidad, la búsqueda de la próxima generación de materiales está en marcha para impulsar dispositivos cada vez más exigentes y compactos que utilicen menos energía. Aquí es donde entran los FET (o TFET). Los TFET se basan en la tunelización cuántica, un efecto en el que los electrones pueden atravesar barreras que normalmente son infranqueables debido a los efectos de la mecánica cuántica. Aunque los TFET usan mucha menos energía y se han propuesto durante mucho tiempo como una alternativa prometedora a los FET tradicionales, los científicos aún tienen que encontrar una manera de implementar la tecnología de forma escalable.

Un equipo de científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio dirigido por el profesor asociado Yasumitsu Miyata está trabajando para crear nanoestructuras de dicalcogenuros de metales de transición, que son una mezcla de metales de transición y elementos del grupo 16. Los calcógenos de metales de transición (TMDC, dos calcógenos en un átomo de metal) son candidatos Excelente para crear TFET. Sus éxitos recientes les han permitido sintetizar capas de láminas cristalinas de TMDC de un solo átomo de espesor en longitudes sin precedentes. Ahora, han centrado su atención en las estructuras de múltiples capas de los TMDC. Usando una técnica de deposición química de vapor (CVD), demostraron que podían producir un TMDC diferente desde el borde de planos de cristal apilados montados en un sustrato. El resultado fue una unión en el plano que era gruesa, en capas. Gran parte del trabajo actual sobre uniones TMDC utiliza monocapas apiladas una encima de la otra; Esto se debe a que, a pesar del impresionante rendimiento teórico de los acoplamientos en el plano, los intentos anteriores no han podido darse cuenta de las altas concentraciones de huecos y electrones necesarias para que funcione un TFET.

Después de demostrar la solidez de su tecnología utilizando disulfuro de molibdeno obtenido a partir de disulfuro de tungsteno, centraron su atención en el disulfuro de molibdeno dopado con niobio, un semiconductor de tipo p. Mediante el desarrollo de estructuras multicapa de disulfuro de molibdeno desacoplado, un semiconductor de tipo n, el equipo logró una unión p-n gruesa entre los TMDC con una concentración de portadores sin precedentes. Además, encontraron que la unión exhibía una tendencia de resistencia diferencial negativa (NDR), por lo que los aumentos en el voltaje conducen a una corriente cada vez más baja, que es una característica clave de la tunelización y un primer paso importante para que estos nanomateriales se abran camino. en TFET.

El método que utiliza el equipo también es escalable en grandes áreas, lo que lo hace adecuado para su implementación durante la fabricación de circuitos. Este es un nuevo desarrollo emocionante para la electrónica moderna, que se espera que encuentre su camino en aplicaciones en el futuro.

Este trabajo fue apoyado por JSPS KAKENHI Grants-in-Aid, Números de subvención JP20H02605, JP21H05232, JP21H05233, JP21H05234, JP21H05237, JP22H00280, JP22H04957, JP22H05469, JP22K0, JP4844828, 15 JP484828 , JP21K14498, número de concesión CREST JPMJCR16F3 y número de concesión FOREST de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón JPMJFR213X.