Инженеры TSMC в сотрудничестве с тайваньскими учёными разработали способ формирования затворного диэлектрика для транзисторов с однослойным каналом из MoS2 толщиной 0,7 нм. Решение снижает утечки и улучшает управление током в структурах, предназначенных для дальнейшей миниатюризации транзисторов.

  При сокращении размеров современных FinFET и GAAFET затвору становится сложнее контролировать движение электронов. При длине канала около 3–5 нм эффективность управления током снижается, а при толщине менее 3 нм возрастает сопротивление.

  Одним из вариантов дальнейшего уменьшения транзисторов считаются двумерные материалы. Дисульфид молибдена MoS2 образует слой толщиной около 0,7 нм и позволяет создавать значительно более тонкие каналы, чем в современных трехмерных структурах. Такие материалы рассматриваются для создания каналов длиной менее 3 нм и позволяют увеличивать плотность транзисторов на кристалле.

  Сохраняется проблема формирования затворного диэлектрика. При традиционном нанесении материала на однослойный MoS2 слой получается неравномерным, что ухудшает электрические характеристики транзистора.

  TSMC и NYCU сформировали на поверхности MoS2 сверхтонкий эпитаксиальный слой алюминия, а затем окислили его. В результате образовался слой оксида алюминия толщиной 0,42 нм, поверх которого нанесли диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью из оксида гафния. Промежуточный слой позволяет сформировать более качественную границу между атомарно тонким каналом и основным затворным диэлектриком.

  Полученная структура обеспечила более точное управление током и снижение сопротивления при эквивалентной толщине затворного диэлектрика около 1 нм.