納米尺寸垂直晶體管亮相 有效溝道長度最短可小于1納米

記者5月7日從湖南大學(xué)獲悉，劉淵教授團隊使用范德華金屬集成法，成功展示了超短溝道垂直場效應(yīng)晶體管，其有效溝道長度最短可小于1納米。這項“微觀世界”的創(chuàng)新，為“后摩爾時代”半導(dǎo)體器件性能提升增添了希望。日前，這一研究成果已發(fā)表在《自然·電子學(xué)》上。

從21世紀(jì)初開始，商用計算機的主頻便停滯不前，相關(guān)“摩爾定律”已逼近極限——伴隨電子器件縮小，溝道長度也縮短到十納米級別，短溝道效應(yīng)更加顯著。如何制造出更優(yōu)性能與更低功耗的電子器件，成為“后摩爾時代”全球半導(dǎo)體領(lǐng)域關(guān)注的焦點之一。

記者從湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院了解到，垂直晶體管具有天然的短溝道特性，其研發(fā)有望作為一種全新的器件微縮方向。如能通過進一步研究將真正的溝道物理長度縮小至10納米甚至5納米以下，未來將可能不再依賴傳統(tǒng)的高精度光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)。

劉淵教授團隊采用低能量的范德華電極集成方式，實現(xiàn)了以二硫化鉬作為半導(dǎo)體溝道的薄層甚至單原子層的短溝道垂直器件。他們將預(yù)制備的金屬電極物理層壓到二硫化鉬溝道的頂部，保留了二維半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)及其固有特性，形成理想的范德華金屬—半導(dǎo)體界面。通過對垂直器件進行微縮，垂直晶體管的開關(guān)比性能提升了兩個數(shù)量級。

據(jù)了解，這種方法還可以運用到其他層狀半導(dǎo)體作為溝道的器件上，均實現(xiàn)了小于3納米厚度的垂直場效應(yīng)晶體管，證明了范德華電極集成對于垂直器件微縮的普適性。這項研究有望為制造出擁有超高性能的亞3納米級別的晶體管，以及制備其他因工藝水平限制而出現(xiàn)不完美界面的范德華異質(zhì)結(jié)器件，為提升芯片性能提供了一種全新的低能耗解決方案。

該論文第一作者為湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院博士生劉麗婷，劉淵教授為通訊作者。(記者謝櫻蘇曉洲)

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