《中美研究人员开发出碳纳米管晶体管制造新工艺》

  • 来源专题:半导体工艺技术
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2021-01-04
  • 据IEEE官网12月14日消息,台积电公司、美国加州大学圣地亚哥分校和斯坦福大学联合研究团队开发出一种碳纳米管晶体管制造新工艺,可制造出更小、更稳定的碳纳米管晶体管。业界认为碳纳米管晶体管有望打破硅晶体管芯片无法进一步缩小的瓶颈,延续“摩尔定律”。研究人员将二氧化铪和氧化铝材料相结合,形成具有较高介电常数的介质材料,以作为碳纳米管晶体管结构中的栅极电介质。二氧化铪和氧化铝的综合电特性,使得研究人员能够构造一个厚度小于4nm的栅极电介质装置。仿真实验的结果表明,用这一方法制造出的碳纳米管元件,与基于CMOS(互补式金属氧化物半导体)的硅元件性能更为接近,且其尺寸还有望进一步缩小。该研究为碳基半导体的开发进一步拓宽了道路。

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  • 《IBM-Science:造出世界上最小的碳纳米管晶体管》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-07-25
    • 2017年6月30日,Science发表IBM研究人员的文章,宣布制造出整体尺寸约为40nm的碳纳米管晶体管。目前主流的14nm节点硅基晶体管,其实际整体尺寸在90-100nm左右。这种碳纳米管晶体管不仅整体尺寸比硅基晶体管小一半,而且表现出相当高的归一化电流密度,在0.5V的低供给电压,亚阈值摆幅85 mV/dec下,电流密度高于0.9 mA/μm。此外,在超负荷运算工作下,新型晶体管较硅器件能传输更高的电流。 碳纳米管一直被研究者视为延续摩尔定律的潜在替代材料。但是,使用碳纳米管来替代传统硅基晶体管最大的难度在于,如果要达到理想的性能,碳纳米管截面直径要达到100nm左右,这比目前的硅晶体管要大得多。为了减少这个数字,IBM的研究团队使用钼制作触点,使其直接与纳米管的端部结合,从而减小了所需碳纳米管的体积。研究人员还添加了钴,以便可以在较低的温度下将合金与碳纳米管进行结合,从而缩小触点之间的间隙。并且,为了提高晶体管的传输电流,研究人员还将多根碳纳米管平行放置形成阵列。 目前最新的硅基晶体管技术已达到5nm节点,该节点下晶体管栅长约为20nm,在此基础上已经很难再取得突破。而碳纳米管直径约为0.4-2nm,这使其能够将晶体管栅长降低到10nm,且不会造成短沟道效应给器件性能带来的不利影响。并且同等尺寸下碳纳米管晶体管具有比硅晶体管更高的性能。不过,作为一项新技术,高性能纳米管逻辑晶体管距离商业化,还有一些工艺方面的问题如器件稳定性、一致性等需要解决。
  • 《碳纳米管“变身”超微型晶体管》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2021-12-28
    • 来自中国、日本、俄罗斯和澳大利亚的科学家组成的国际研究小组在最新一期《科学》杂志撰文指出,他们历时5年,使用一种插入电子显微镜的独特工具,制造出了一种超微型晶体管,其宽度仅为人类头发丝宽度的1/25000。   在这项新研究中,科学家们首先朝一个碳纳米管同时施加力和低电压,加热它直到外层管壳分离,留下单层纳米管,从而制造出这种微型晶体管。研究人员解释称,热量和应变改变了纳米管的“手性”,这意味着结合在一起形成纳米管壁单原子层的碳原子被重新排列,结果让碳纳米管“变身”为晶体管。   用于开关和放大电子信号的晶体管是包括计算机在内的所有电子设备的基础元件。苹果公司表示,为未来苹果手机供电的芯片包含150亿个晶体管。几十年来,计算机行业一直致力于开发越来越小的晶体管,但将晶体管小型化到纳米级是现代半导体工业和纳米技术领域面临的一大挑战。   研究人员表示,他们或许可以借助碳纳米管制造出节能的纳米晶体管,以超越由硅制成的微处理器,但控制单个碳纳米管的“手性”(决定了碳原子的几何结构和电子结构)仍然是一个巨大的挑战。在最新研究中,他们通过加热和机械应变改变了金属纳米管片段的局部“手性”,设计并制造了碳纳米管分子内晶体管。   最新研究负责人、昆士兰大学材料科学中心联合主任德米特里·戈尔伯格教授说:“我们证明,我们拥有操纵纳米管分子特性来制造纳米级电子器件的能力,为下一代先进计算设备所用微型晶体管的研制开辟了新途径。”   研究人员强调称,尽管最新方法不适用于微型晶体管的大规模生产,但展示了一种新的制造原理,并开辟了利用纳米管的热机械处理方法获得具有所需特性的最小晶体管的新视野。