全部 高分子 智能汽车 陶瓷 消费电子 弹性体 生物降解 5G材料 光伏 医用材料 锂电 汽车材料 新消费电子 会议列表 展会 半导体 LED 氢能源 艾邦人才网
清华团队首次实现亚1纳米栅长晶体管

近日,清华大学集成电路学院任天令教授团队在小尺寸晶体管研究方面取得重要进展,首次实现了具有亚1纳米栅极长度的晶体管,并具有良好的电学性能。


图片

图1 亚1纳米栅长晶体管结构示意图


晶体管作为芯片的核心元器件,更小的栅极尺寸能让芯片上集成更多的晶体管,并带来性能的提升。Intel公司创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)在1965提出:”集成电路芯片上可容纳的晶体管数目,每隔18-24个月便会增加一倍,微处理器的性能提高一倍,或价格下降一半。”这在集成电路领域被称为”摩尔定律”。过去几十年晶体管的栅极尺寸在摩尔定律的推动下不断微缩,然而近年来,随着晶体管的物理尺寸进入纳米尺度,造成电子迁移率降低、漏电流增大、静态功耗增大等短沟道效应越来越严重,这使得新结构和新材料的开发迫在眉睫。根据信息资源词典系统(IRDS2021)报道,目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12nm以上,如何促进晶体管关键尺寸的进一步微缩,引起了业界研究人员的广泛关注。


图片

图2 随着摩尔定律的发展,晶体管栅长逐步微缩,实现亚1纳米栅长的晶体管


学术界在极短栅长晶体管方面做出了探索。2012年,日本产业技术综合研究所在国际电子器件大会(IEDM)报道了基于绝缘衬底上硅实现V形的平面无结型硅基晶体管,等效的物理栅长仅为3纳米。2016年,美国的劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福大学在《科学》(Science)期刊报道了基于金属性碳纳米管材料实现了物理栅长为1纳米的平面硫化钼晶体管。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈,该研究团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能作为栅极,通过石墨烯侧向电场来控制垂直的MoS2沟道的开关,从而实现等效的物理栅长为0.34nm。通过在石墨烯表面沉积金属铝并自然氧化的方式,完成了对石墨烯垂直方向电场的屏蔽。再使用原子层沉积的二氧化铪作为栅极介质、化学气相沉积的单层二维二硫化钼薄膜作为沟道。具体器件结构、工艺流程、完成实物图如下所示:


图片

图3 亚1纳米栅长晶体管器件工艺流程,示意图,表征图以及实物图


研究发现,由于单层二维二硫化钼薄膜相较于体硅材料具有更大的有效电子质量和更低的介电常数,在超窄亚1纳米物理栅长控制下,晶体管能有效的开启、关闭,其关态电流在pA量级,开关比可达105,亚阈值摆幅约117mV/dec。大量、多组实验测试数据结果也验证了该结构下的大规模应用潜力。基于工艺计算机辅助设计(TCAD)的仿真结果进一步表明了石墨烯边缘电场对垂直二硫化钼沟道的有效调控,预测了在同时缩短沟道长度条件下,晶体管的电学性能情况。这项工作推动了摩尔定律进一步发展到亚1纳米级别,同时为二维薄膜在未来集成电路的应用提供了参考依据。


图片

图4 统计目前工业界和学术界晶体管栅极长度微缩的发展情况,本工作率先达到了亚1纳米


上述相关成果以”具有亚1纳米栅极长度的垂直硫化钼晶体管”(Vertical MoS2 transistors with sub-1-nm gate lengths)为题,于3月10日在线发表在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)上。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04323-3

来源:清华新闻网



相关推荐
士兰明镓启动二期项目建设,拟建设一条 6 吋 SiC 功率器件芯片生产线
士兰明镓启动二期项目建设,拟建设一条 6 吋 SiC 功率器件芯片生产线
0
0
24
日本SICOXS新建8英寸SiC基板开发线
日本SICOXS新建8英寸SiC基板开发线
0
0
29
三菱瓦斯化学完成泰国工厂半导体封装BT材料产能扩充
三菱瓦斯化学株式会社(MGC)宣布其位于泰国伟华工业园区的孙公司MGC ELECTROTECHNO (THAILAND) CO ., LTD.(以下简称ETT)增加用于半导体封装的BT材料产能的建设已经完成。
0
0
57
鼎龙股份拟扩大集成电路CMP用抛光材料等产品产能
​4月14日,湖北鼎龙控股股份有限公司发布公告称,拟与湖北省仙桃市高新技术产业园签署相关合作协议,拟同意公司使用自有或自筹资金在湖北省仙桃市高新技术产业园西流河镇化工产业园建设鼎龙仙桃光电半导体材料产业园(暂定名),建设集成电路CMP用抛光材料产业化及光电半导体柔性显示用关键材料产业化项目。
0
0
67
雅克科技拟15亿建设年产 3.9万吨半导体核心材料项目
2月28日,江苏雅克科技股份有限公司通过了《关于全资子公司与湖州南太湖新区管理委员会签署”年产3.9万吨半导体核心材料项目”合作协议书的议案》,同意全资子公司浙江华飞电子基材有限公司与湖州南太湖新区管理委员会签署”年产3.9万吨半导体核心材料项目”合作协议。
0
0
73
盛美上海推出新型化合物半导体系列设备加强湿法工艺产品线
盛美半导体设备(上海)股份有限公司,一家为半导体前道和先进晶圆级封装(WLP)应用提供晶圆工艺解决方案的领先供应商,今推出了支持化合物半导体制造的综合设备系列。
0
0
67
日本德山与SKGC成立合资企业,生产和销售半导体用高纯度异丙醇(IPA)
近日,日本德山株式会社宣布,在2021年12月22日召开的董事会会议上,决定与SK Geo Centric(简称”SKGC”)在韩国成立合资公司STAC Co., Ltd.,以生产和销售电子工业用高纯度异丙醇(IPA)。
0
0
64
中勤开发半导体自动化智能载具
专注在客制化晶圆、光罩、玻璃传载及储存设备的中勤实业,参加SEMICON Taiwan台湾国际半导体展,主要展示产品为无尘室制程环境过程中,搭配自动传输机台所需承载保护运输之装置,开发智能传载产品线,如各式智慧化高射频晶圆载具、智慧化光罩盒、及智慧设备客制化。
0
0
94
总投资约8亿元,新莱应材(300260)洁净应用材料项目签约落户江苏淮安
​12月20日,总投资约8亿元的新莱洁净应用材料项目签约落户江苏淮安。
0
0
96
艾迪科宣布投资27亿日元在千叶工厂新增光刻胶用光酸产生剂产能
提高用于如EUV(极紫外)等半导体先进光刻工艺的光酸产生剂的生产能力,产能将为原来的2倍以上。该项目预计将于2022年3月开工,并于2023年中期实现运营投产。
0
0
127
宏微科技拟6亿元建设车规级功率半导体分立器件生产研发项目
宏微科技拟6亿元建设车规级功率半导体分立器件生产研发项目
0
0
3
总投资超5亿元,光驰半导体年产120台原子层镀膜5台刻蚀机项目开工
总投资超5亿元,光驰半导体年产120台原子层镀膜5台刻蚀机项目开工
0
0
4
中芯国际天津西青12英寸芯片项目开工
中芯国际天津西青12英寸芯片项目开工
0
0
2
广州兴森半导体集成电路FCBGA项目一期厂房顺利封顶
广州兴森半导体集成电路FCBGA项目一期厂房顺利封顶
0
0
4
半导体后道封装测试设备厂商联动科技成功登陆创业板
​2022年9月22日,佛山市联动科技股份有限公司(以下简称"联动科技")正式登陆深交所创业板,股票代码:301369。
0
0
4
投资约111.19亿!时代电气中低压功率器件产业化建设项目正式启动
投资约111.19亿!时代电气中低压功率器件产业化建设项目正式启动
0
0
6
合盛硅业研发制造中心落户上海嘉定
合盛硅业研发制造中心落户上海嘉定
0
0
5
安森美在捷克扩建的碳化硅工厂建成
​2022 年 9 月 21 日,安森美 (onsemi)在捷克共和国罗兹诺夫(Roznov)扩建的碳化硅 (SiC) 工厂落成。
0
0
7
化合积电在 GaN 上生长多晶金刚石取得了全新突破
化合积电在 GaN 上生长多晶金刚石取得了全新突破
0
0
4