記者從湖南大學(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。
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