我國研發成功一種超陡垂直晶體管技術
發布時間：2024.02.23 閱讀次數：
隨著集成電路制造工藝下探亞5納米技術節點，傳統的晶體管尺寸微縮路線無法像過去一樣使“器件-芯片”性能提升并控制成本。
“在此背景下，學術界與工業界近年來提出多種創新器件技術，以期克服常規金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的技術局限。”西安電子科技大學郝躍院士團隊劉艷教授介紹，“其中，三星、IBM、歐洲微電子中心（IMEC）等國際研發機構推出了垂直輸運場效應晶體管（vertical-transport field-effect transistor, VTFET）器件技術。”
這一技術通過將電流從傳統MOSFET的平面方向轉換為垂直方向，使該器件結構有望在芯片上垂直構造晶體管，從而大幅降低器件占有空間，提高集成密度。
受此啟發，劉艷教授和羅拯東副教授采用超薄二維異質構造VTFET半導體溝道并與電阻閾值開關（TS）垂直集成，實現超陡垂直晶體管（TS-VTFET）。
這一器件技術借助超薄二維半導體出色的靜電調控，在大幅提升器件柵控能力的同時，借助電阻閾值開關的電壓控制“絕緣-導電”相變特性，使該器件的室溫亞閾值擺幅達到1.52mV/dec，遠低于常規MOSFET室溫亞閾值擺幅高于60mV/dec的理論極限。此外，在發表的概念驗證工作中，該研究團隊制備的超陡垂直晶體管表現出強大性能，包括電流開關比高于8個數量級、亞60mV/dec電流區間超過6個數量級、漏電流小于10fA等，為后摩爾時代高性能低功耗晶體管技術提供了一種新的方案。以上相關研究成果近日發表于《自然-通訊》上。
超陡垂直晶體管器件結構及其電學性能。作者論文圖片
