Исследовательский центр imec совместно с компаниями ASML и TSMC представил на симпозиуме VLSI 2026 технологию интеграции полевых транзисторов на основе двумерных материалов на 300-миллиметровых кремниевых пластинах. Разработчики достигли контактного затворного шага (CPP) в 50 нанометров для n-канальных транзисторов с каналом из дисульфида молибдена (MoS₂) и p-канальных транзисторов на основе дисульфида вольфрама (WS₂) или диселенида вольфрама (WSe₂). Этот показатель соответствует геометрическим нормам современных передовых кремниевых техпроцессов и, для сравнения, близок к 54-нанометровому шагу, который использовался в 10-нанометровом техпроцессе Intel.
Ключевым элементом разработки стала оригинальная технология «обратного» тонкопленочного транзистора. В отличие от классической последовательности, инженеры сначала формировали контакты, заполняя предварительно вытравленные канавки вольфрамом, а затем переносили на подложку слой двумерного материала. Такой подход обеспечил низкие токи утечки для обоих типов транзисторов при нулевом напряжении на затворе. Показатель выхода годных устройств на всей пластине составил 94%.
Для получения 28-нанометровой длины канала специалисты использовали однократную литографию в жестком ультрафиолете (EUV) на стандартном оборудовании с числовой апертурой 0,33, без применения технологии High-NA или мультипаттернинга. Глава отдела исследований imec Гоури Санкар Кар пояснил, что показатель CPP определяется суммой длины затвора и длины контактов истока и стока, поэтому достижение 50 нм стало результатом именно оптимизации всей структуры, а не отдельного элемента. P-канальные транзисторы на основе WSe₂ показали характеристики, приближающиеся к рекордным лабораторным образцам, что закрывает давнюю проблему отставания p-типа приборов на двумерных материалах.
Двумерные материалы, такие как MoS₂, WS₂ и WSe₂, рассматриваются как потенциальная замена кремниевым каналам в транзисторах после перехода к техпроцессам с нормами менее 2 нанометров. Атомарная толщина этих материалов обеспечивает превосходный электростатический контроль над каналом и позволяет сохранять подвижность носителей заряда даже при экстремальном масштабировании, в отличие от кремниевых нанолистов толщиной в несколько нанометров, где контроль затвора ослабевает. По оценкам исследователей, практическое применение двумерных полупроводников в коммерческой микроэлектронике ожидается в 2030-х годах, причем на начальном этапе эти материалы найдут применение в бэк-энде производства (BEOL) или на обратной стороне кристалла, а не в качестве основного канала для логических ядер.
