美研制出迄今最小三维晶体管

2018-12-12 15:07

美国研究人员研制出一种新的三维晶体管，尺寸不到当今最小商业晶体管的一半。他们为此开发了一种新颖的微加工技术，可以逐个原子地修改半导体材料。

为了跟上“摩尔定律”的步伐，研究人员一直在寻找将尽可能多的晶体管塞入微芯片的方法。最新的趋势是垂直竖立的鳍式三维晶体管，其尺寸约为7纳米，比人类头发还要薄几万倍。

美国麻省理工学院和科罗拉多大学研究人员在IEEE（电气和电子工程师协会）国际电子器件会议上发表论文称，他们对最新发明的化学蚀刻技术（热原子级蚀刻）进行了改进，以便在原子水平上对半导体材料进行精确修改，利用这种技术制造出的CMOS三维晶体管可窄至2．5纳米，且效率高于商用晶体管。

虽然目前存在类似的原子级蚀刻方法，但新技术更精确且能产生更高质量的晶体管。此外，它重新利用了一种常用微加工工具在材料上沉积原子层，这意味着它可以快速集成。研究人员称，这可以使计算机芯片拥有更多的晶体管和更高的性能。

该鳍式场效应晶体管（FinFET）由薄“硅片”组成，垂直竖立在基板上，逻辑门基本上缠绕在鳍片上。由于其垂直形状，可以在芯片上挤压70亿—300亿个FinFET。目前大多数在研的FinFET尺寸为5纳米宽度（业界理想阈值）和220纳米高度。

新技术减少了因材料暴露于氧气引起缺陷而使晶体管效率降低的问题。研究人员报告称，新器件在“跨导”中的性能比传统的FinFET高出约60％。晶体管将小电压输入转换为由栅极提供的电流，该电流打开或关闭晶体管以处理驱动计算。

研究人员说，限制缺陷也会带来更高的开关对比度。理想情况下，晶体管导通时需要高电流以处理繁重的计算，且在关闭时几乎没有电流以节省能量。这种对比对于制造高效的逻辑开关和微处理器至关重要，研究人员表示，他们研发的FinFET的开关对比度是目前为止最高的。

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