單原子層溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管已成功研制出

（文章來源：中國日報網(wǎng)）

20世紀40年代以來，以微電子技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)革命極大推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的變革。過去幾十年來，微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)沿摩爾定律取得了突飛猛進的發(fā)展，按照摩爾定律的預(yù)測，集成電路可容納晶體管數(shù)目大約每兩年增加一倍。目前集成電路中可實現(xiàn)的最小加工尺寸為3-5納米。當(dāng)前，隨著集成電路特征尺寸逼近工藝和物理極限，進一步縮小晶體管器件特征尺寸極具挑戰(zhàn)。

相對于傳統(tǒng)的體硅半導(dǎo)體材料，近年來具有原子尺度的低維材料得到了快速發(fā)展，碳納米管、二維原子晶體等新材料不斷被嘗試用于構(gòu)建晶體管的溝道材料或電極材料。近日，中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心科研人員與國內(nèi)外多家單位合作，首次演示了可陣列化、垂直單原子層溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET），在《自然-通訊》(Nature Communications)在線發(fā)表題為“單原子層溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管”（A FinFET with one atomic layer channel）的研究論文。

研究人員設(shè)計了高~300nm的硅晶體臺階模板，通過濕法噴涂化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，實現(xiàn)了與臺階側(cè)壁共形生長的過渡族金屬硫化物單原子層晶體（MoS2、WS2等）。通過采用多重刻蝕等微納加工工藝，制備出以單層極限二維材料作為半導(dǎo)體溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管，同時成功制備出鰭式場效應(yīng)晶體管陣列。

除此之外，嘗試了引入碳納米管替代傳統(tǒng)金屬作為柵極材料，結(jié)果顯示該材料比傳統(tǒng)金屬柵具有更好的包覆性，可以有效提高器件性能。通過對數(shù)百個晶體管器件統(tǒng)計測量，測得電流開關(guān)比達107，亞閾值擺幅達300mV/dec。理論計算表明，所提出的鰭式場效應(yīng)晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的抗短溝道效應(yīng)，如漏端引入的勢壘降低（DIBL）可以低至5mV/V。

該項工作將FinFET的溝道材料寬度減小至單原子層極限的亞納米尺度（0.6 nm），同時，獲得了最小間距為50 nm的單原子層溝道鰭陣列，該研究工作為后摩爾時代的場效應(yīng)晶體管器件的發(fā)展提供了新方案。

該工作由中科院金屬研究所與湖南大學(xué)、山西大學(xué)、中科院蘇州納米所、合肥強磁場科學(xué)中心、法國原子能總署等單位合作完成。金屬所韓拯、孫東明課題組主導(dǎo)了該研究項目工作，承擔(dān)器件制備與表征；湖南大學(xué)劉松課題組負責(zé)CVD生長；山西大學(xué)董寶娟博士承擔(dān)有限元模擬工作；蘇州納米所邱松課題組提供了制備柵極材料的碳納米管溶液。

強磁場中心杜海峰課題組主導(dǎo)了相關(guān)透射電鏡樣品的制備與表征。陳茂林博士、孫興丹博士、劉航碩士（湖南大學(xué)）為共同第一作者，韓拯、孫東明、劉松、董寶娟為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院、沈陽材料科學(xué)國家研究中心、國家重點研發(fā)計劃青年項目、青年千人計劃等項目支持。
（責(zé)任編輯：fqj）