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Disipación de energía en electrónica Monocapa MoS2

4 de agosto de 2017
Autores

E. Yalon, C. McClellan, K. Smithe, M. Rojo, R. Xu, S. Suryavanshi, A. Gabourie, C. Neumann, F. Xiong, A. Farimani y E. Pop

Puntos clave

  • La microscopía térmica de escaneo (SThM) revela información sobre la disipación de energía de semiconductores 2D para el diseño futuro de electrónica 2D de bajo consumo
  • Una mayor sensibilidad a la temperatura de SThM (<5 K), en comparación con Raman (10K), permite la detección del aumento de temperatura a menor entrada de energía y reduce la incertidumbre de la medición de Raman
  • La alta resolución espacial y de temperatura confirma que las regiones del MoS2 no actúan como puntos calientes, sino que muestran un aumento uniforme de la temperatura con refrigeración en los bordes

Abstracto

El avance de la electrónica a nanoescala se ha visto limitado por los desafíos de disipación de energía durante más de una década. Estas limitaciones podrían ser particularmente graves para los semiconductores bidimensionales (2D) integrados con sustratos flexibles o procesadores multicapa, siendo ambos cuellos de botella térmicos críticos. Para arrojar luz sobre aspectos fundamentales de este problema, aquí informamos de la primera medición directa de la temperatura resuelta espacialmente en el funcionamiento de los transistores Monocapa MoS2 monocapa 2D. Utilizando la termometría Raman, obtenemos simultáneamente mapas de temperatura del canal del dispositivo y su sustrato. Esta medición diferencial revela que la conductancia de los límites térmicos de la interfaz MoS2 con SiO2 (14 ± 4 MW m-2 K-1) es una magnitud de orden mayor de lo que se pensaba, pero cerca del extremo inferior de las interfaces sólidas conocidas. Nuestro estudio también revela una visión inesperada de las incoherencias de los transistores MoS2 (pequeñas regiones bicacas) que no causan un autocalentamiento significativo, lo que sugiere que dichos semiconductores son menos sensibles a la inhomogeneidad de lo esperado. Estos resultados proporcionan información clave sobre la disipación de energía de semiconductores 2D y allanan el camino para el diseño futuro de la electrónica 2D de bajo consumo.

Un mapa de alta temperatura de resolución espacial de un canal MoS2 utilizando SThM muestra un aumento de la temperatura al aplicar voltaje al canal; Medición de la resolución de temperatura <5K.