2D金属触点可阻止晶体管轨道中的漏电流

尽管计算机表面上看​​起来很复杂，但它基本上只是大量的电子开关，以正确的顺序打开和关闭来处理数字信息。半导体技术使这些开关变得非常小并且速度快得令人难以置信。

半导体材料氮化镓有望让它们变得更快。这是因为氮化镓中的电荷载流子(例如电子)可以高速穿过材料。这使得GaN可用于所谓的高电子迁移率晶体管(HEMT)，适用于高频和高功率应用，包括手机充电器、5G基站、雷达和卫星通信。

优化HEMT操作的一个关键方面是建立开关晶体管的电气连接。即使晶体管处于截止状态，这些所谓的肖特基栅极也会遭受高漏电流的影响。这会导致高功耗并限制设备击穿之前可以施加的电压。

来自XiaohangLi团队的ChuanjuWang和来自HusamAlshareef团队的XiangmingXu，以及他们来自和中国的同事和同事已经证明，可以通过使用一类被称为MXenes的材料制造肖特基栅极来最大程度地减少这些限制：金属过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物的二维原子薄层。研究结果发表在《先进材料》杂志上。

虽然传统金属是GaN电接触的传统选择，但两种材料之间的化学相互作用会产生缺陷，这些缺陷会捕获电荷并显着限制栅极的可控性。“传统的金属栅极接触材料是使用电子束蒸发和溅射等方法沉积的，它们与半导体衬底具有直接的化学键，”王解释道。

“我们表明，我们的二维MXene与半导体衬底形成所谓的范德华接触，这可以显着减少界面陷阱和固定电荷，”他说。

KAUST团队创建了一种GaNHEMT，其栅极接触由MXeneTi3C2Tx超净薄膜制成。他们的器件的断态电流仅为每毫米10−7毫安，比HEMT“开启”时的电流大约小1013。与采用更传统的镍金触点的器件相比，该开关比提高了六个数量级。

“下一步是使用MXene作为其他类型晶体管的肖特基栅极接触材料，例如Ga2O3、In2O3、NiO和AlN，”Wang说。

阿尔谢里夫表示，他和李教授为传聚和向明的创造力和辛勤工作感到非常自豪。“这个项目的成功归功于他们。”