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2D材料：2D相補型論理のファンデルワールス極性操作3D集積化
Nature 630, 8016 doi: 10.1038/s41586-024-07438-5
二次元（2D）半導体の縦型三次元（3D）集積化は、z軸方向に論理層を大規模化できる可能性をもたらすので、非常に有望である。実際、そうした混合次元ヘテロ構造を用いた縦型の相補型電界効果トランジスター（CFET）のみならず、異なるキャリア型のヘテロ2D層が最近実証されている。しかしこれまでのところ、2D半導体における制御可能な、好ましくは安定で非破壊的なやり方でのドーピングスキーム（特にpドープWSe2およびMoS2）がないことから、相補型論理回路のボトムアップスケーリングが大きく阻害されてきた。今回我々は、ファンデルワールス（vdW）反強磁性絶縁体であるオキシ塩化クロム（CrOCl）の上に遷移金属ジカルコゲニド類、例えばMoS2を導入することによって、強いvdW界面結合を介してMoS2のキャリア極性をn型からp型に容易に再構成できることを示す。その結果生じるバンドアライメントにより、室温で最高約425 cm2 V−1 s−1の正孔移動度、106に達するオン/オフ比、1年以上空気中で安定した性能を持つトランジスターが得られた。さらに、この手法に基づいて、vdW層がそれぞれ6層のインバーター、14層のNAND、14層のSRAMなど、縦型に構築された相補型論理が実証された。vdWインターカレーションの有無にかかわらず、極性操作されたp型およびn型の2D半導体チャネルに関する今回の知見は確固としたものであり、さまざまな材料に向けて普遍的であるので、2D論理ゲートに基づく将来の三次元縦型集積回路に光を投げ掛ける可能性がある。
