“更小更快的低功耗半导体要来了”……UNIST·POSTECH成功实现低温去除下一代材料缺陷
低温工艺消除下一代半导体材料二硫化钼（MoS2）缺陷
兼容BOEL工艺，有助于开发更小更快的低功耗半导体，成果发表于ACS Nano
一种能够去除半导体材料缺陷、从而制造更小、更快且低功耗芯片的技术已经被开发出来。
UNIST 电气电子工程系 Kwon Jimin 教授团队与 POSTECH 化学工程系 Noh Yongyoung 教授团队联合表示，他们开发出了一项在 200℃ 下去除下一代半导体材料二硫化钼缺陷的技术，并于 25 日对外公布。
研究团队成员（自左下角起逆时针方向）依次为：Jung Haksun 博士（第一作者）、Kwon Jimin 教授、Lee Yongu 博士、Hong Sumin 研究员、Goo Hyeonho 研究员、Lee Sanghyeon 研究员。UNIST 提供
View original image在一块指甲大小的半导体芯片中，至少集成了数十亿个器件。二硫化钼是一种备受产业界关注的半导体材料，被寄予厚望：有望提高芯片集成度，并抑制漏电流，从而制造出几乎无发热的低功耗半导体芯片。
在将二硫化钼实际集成到芯片上的过程中，如何在低温下去除产生的缺陷，是实现商业化的核心课题。由于二硫化钼是以在硅器件上方沉积的方式来利用的，因此如果已经完成的硅器件受到热损伤，就会出现问题。
研究团队利用一种名为 PFBT 的物质，在 200℃ 下填补缺陷，使二硫化钼（MoS2）中钼与硫的原子比从理论值 1:2 附近恢复到 1:1.98。二硫化钼在以薄膜形式沉积的过程中，会产生硫原子在本应存在的位置上稀疏缺失的缺陷，导致实际合成出的硫与钼的比例约为 1:1.68。由于缺陷会阻碍电子流动，要确保半导体性能和耐久性，就必须填补此类缺陷，使其恢复到接近理论原子比的状态。
第一作者 Jung Haksun 博士解释称：“由于缺陷修复在 200℃ 以下即可进行，因此与现有硅半导体的金属互连后段工艺（Back End Of Line，BEOL）也能兼容，这是最大优势。”BEOL 工艺是将已经在晶圆上沉积完成的器件彼此连接的工艺，为防止器件受损，工艺温度控制在 350℃ 以下。
在修复阶段使用的 PFBT（五氟苯硫醇，Pentafluorobenzenethiol）具有在六角形苯环上连接巯基（-SH）和氟（F）的结构。巯基中的硫直接填补缺陷，氟则在将该分子引导至硫缺陷位置后，帮助轻松分离除硫以外的其余部分。研究团队通过分子动力学模拟确认了这一化学反应的可行性。X 射线光电子能谱分析结果也显示，在低温下实际填补了硫的空位。
用缺陷被填补的二硫化钼制造晶体管器件后，与存在缺陷的情况相比，其电荷迁移率提升了 2.5 倍。电荷迁移越快，器件的工作速度就越高。反映功耗的指标——“亚阈值摆幅值”也降低了约 40%。
Kwon Jimin 教授表示：“工艺过程中产生的硫缺陷在面向纳米级先进制程节点的半导体器件中是一个重大问题。通过本次开发的利用有机分子进行低温硫缺陷修复技术，今后不仅将在二硫化钼上应用，还将扩展到多种下一代半导体材料的缺陷修复以及界面特性改善研究。”
本次研究由 UNIST 的 Jung Haksun 博士和 POSTECH 化学工程系研究员 Kim Mingyu 担任共同第一作者，并在科学技术信息通信部韩国研究财团（National Research Foundation of Korea，NRF）、信息通信规划评价院（Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation，IITP）以及蔚山科学技术院的支持下完成。
研究成果已于 2 月 18 日正式发表在纳米科学技术领域权威国际学术期刊《ACS Nano》上。
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