Erste Demonstration eines CMOS-Inverters auf Basis von TMDC auf einem flexiblen Substrat

Agata Piacentini und Kollegen haben den ersten Übergangsmetall-Dichalcogenid (TMDC)-basierten CMOS-Inverter auf einem flexiblen Substrat demonstriert, der zwei verschiedene TMDC-Materialien, MoS2 und WSe2, verwendet.

Das Team hat erfolgreich NMOS FETs basierend auf CVD MoS2 und PMOS FETs basierend auf MOCVD WSe2 auf einem flexiblen Foliensubstrat hergestellt. Die FETs zeigten nahezu spiegelsymmetrische Übertragungseigenschaften, wie sie für die CMOS-Architektur erforderlich sind, ein großes ON-OFF-Verhältnis und die richtige Positionierung der Schwellenspannung, d.h. eine positive Spannung für NMOS und eine negative Spannung für PMOS. Die Transistoren wiesen auch eine ausgezeichnete mechanische Stabilität auf, da nach 3000 Biegezyklen keine Verschlechterung beobachtet wurde.

Der CMOS-Inverter wurde durch die Kombination von NMOS- und PMOS-FETs realisiert und zeigte ausgezeichnete Schalteigenschaften, einschließlich hoher Verstärkung, hohem Rauschabstand und niedrigem Stromverbrauch.

Diese Ergebnisse übertreffen frühere TMDC-basierte Inverter und nähern sich der Leistung von Invertern auf der Basis von Metalloxid-Halbleitern. Sie bilden eine solide Grundlage für die Realisierung komplexerer TMDC-basierter CMOS-Schaltungen in der Zukunft.

Die Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der AMO GmbH, der RWTH Aachen, der TU Wien, der AIXTRON SE und der Bergischen Universität Wuppertal und wurde von der Europäischen Kommission im Rahmen der Horizon 2020 Projekte Graphene Flagship und ORIGENAL sowie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des MOSTFLEX Projektes finanziell unterstützt.

Bibliographische Angaben

Flexible Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Inverter Based on 2D p-type WSe₂ and n-type MoS₂
Piacentini, A., Polyushkin, D.K., Uzlu, B., Grundmann, A., Heuken, M., Kalisch, H., Vescan, A., Wang, Z., Lemme, M.C., Mueller, T. and Neumaier, D.
Phys. Status Solidi A 2300913. https://doi.org/10.1002/pssa.202300913