中新网辽宁旧事3月9日电 20世纪40年代以来

中新网辽宁旧事3月9日电 20世纪40年代以来,以微电子手艺为从导的消息手艺极大鞭策了科学手艺的成长和社会的变化。过去几十年来,微电子手艺财产沿摩尔定律取得了突飞大进的成长,按照摩尔定律的预测,集成电可容纳晶体管数目大约每两年添加一倍。目前集成电中可实现的最小加工尺寸为3-5纳米。当前,跟着集成电特征尺寸迫近工艺和物理极限,进一步缩小晶体管器件特征尺寸极具挑和。

该项工做将FinFET的沟道材料宽度减小至单原子层极限的亚纳米标准(0.6 nm)(图5),同时,获得了最小间距为50 nm的单原子层沟道鳍阵列,该研究工做为后摩尔时代的场效应晶体管器件的成长供给了新方案。

图1:单原子层沟道的鳍式场效应晶体管。a)硅工艺FinFET的沟道材料、垂曲二维原子晶体取单根碳纳米管尺寸对比示企图。b) 器件布局示企图。插图为截面示企图。c) 台阶共形发展的单层二维过渡族金属硫化合物示企图。d-e) 台阶模板扫描电镜照片,此中标尺别离为100 纳米(左)和1微米(左)

相对于保守的体硅半导体材料,近年来具有原子标准的低维材料获得了快速成长,碳纳米管、二维原子晶体等新材料不竭被测验考试用于建立晶体管的沟道材料或电极材料。近日,中科院金属研究所沈阳材料科学国度研究核心科研人员取国表里多家单元合做,初次演示了可阵列化、垂曲单原子层沟道的鳍式场效应晶体管(FinFET)(图1),正在《天然-通信》(Nature Communications) 正在线颁发题为“单原子层沟道的鳍式场效应晶体管”(A FinFET with one atomic layer channel)的研究论文。

姑苏纳米所邱松课题组供给了制备栅极材料的碳纳米管溶液;金属所韩拯、孙东明课题组从导了该研究项目工做,强核心杜海峰课题组从导了相关透射电镜样品的制备取表征。该研究工做获得了国度天然科学基金、中国科学院、沈阳材料科学国度研究核心、国度沉点研发打算青年项目、青年千人打算等项目支撑。山西大学董宝娟博士承担无限元模仿工做;韩拯、孙东明、刘松、董宝娟为配合通信做者。湖南大学刘松课题组担任CVD发展;承担器件制备取表征;陈茂林博士、孙兴丹博士、刘航硕士(湖南大学)为配合第一做者,该工做由中科院金属研究所取湖南大学、山西大学、中科院姑苏纳米所、合肥强科学核心、法国原子能总署等单元合做完成。

研究人员设想了高~300nm的硅晶体台阶模板,通过湿法喷涂化学气相堆积(CVD)方式,实现了取台阶侧壁共形发展的过渡族金属硫化物单原子层晶体(MoS2、WS2等)。通过采用多沉刻蚀等微纳加工工艺(图2),制备出以单层极限二维材料做为半导体沟道的鳍式场效应晶体管,同时成功制备出鳍式场效应晶体管阵列(图3)。除此之外,测验考试了引入碳纳米管替代保守金属做为栅极材料,成果显示该材料比保守金属栅具有更好的包覆性,能够无效提高器件机能。通过对数百个晶体管器件统计丈量,测得电流开关比达107,亚阈值摆幅达300mV/dec(图4a-d)。理论计较表白,所提出的鳍式场效应晶体管可以或许实现优异的抗短沟道效应,如漏端引入的势垒降低(DIBL)能够低至5mV/V(图4e-f)。