在本月16號(hào)閉幕的IEEE IEDM會(huì)議上，復(fù)旦微電子團(tuán)隊(duì)發(fā)表了其在多橋溝道晶體管上的研究成果，在雙層溝道分別為0.6/1.2納米的nanosheet結(jié)構(gòu)的GAA晶體管上，實(shí)現(xiàn)了高驅(qū)動(dòng)電流和低漏電流的融合統(tǒng)一，這一成果為高性能低功耗電子器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。

研究背景

隨著集成電路制造工藝進(jìn)入到5納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下，傳統(tǒng)通過(guò)對(duì)晶體管進(jìn)行尺寸微縮以提升晶體管密度達(dá)到性能提升的途徑變得越來(lái)越難以實(shí)現(xiàn)。前有英特爾在14nm節(jié)點(diǎn)停滯多年，現(xiàn)又有臺(tái)積電和三星5nm工藝下生產(chǎn)的多款移動(dòng)端處理器曝光的性能跑分不及預(yù)期，子22nm節(jié)點(diǎn)啟用的FinFET技術(shù)已經(jīng)臨近物理極限，芯片制造工藝面臨重大革新。

采用多溝道堆疊和全面柵環(huán)繞的新型多橋溝道晶體管乘勢(shì)而起，利用全環(huán)柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了更好的柵控能力和漏電控制，被視為5納米以下節(jié)點(diǎn)晶體管的技術(shù)路線?，F(xiàn)有工藝已實(shí)現(xiàn)了7層硅納米片的多橋溝道晶體管（MBC FET，是GAA FET的一種），大幅提高驅(qū)動(dòng)電流，然而隨著堆疊溝道數(shù)量的增加，漏電流也隨之增加，導(dǎo)致的功耗不可忽視。

復(fù)旦微電子學(xué)院周鵬教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)具有重大需求的3-5納米節(jié)點(diǎn)晶體管技術(shù)，驗(yàn)證了雙層溝道厚度分別為0.6 /1.2納米的圍柵多橋溝道晶體管，實(shí)現(xiàn)了高驅(qū)動(dòng)電流和低漏電流的融合統(tǒng)一，為高性能低功耗電子器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。研究工作主要由博士生黃曉合和劉春森完成，得到了張衛(wèi)教授的指導(dǎo)。

相關(guān)成果以“High Drive and Low Leakage Current MBC FET with Channel Thickness 1.2nm/0.6nm”為題，于在第66屆IEEE國(guó)際電子器件大會(huì)（IEEE IEDM，International Electron Device Meeting）上北京時(shí)間12月16日在線發(fā)布，IEDM是微電子器件領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)會(huì)議，是國(guó)際學(xué)術(shù)界和頂尖半導(dǎo)體公司的研發(fā)人員發(fā)布先進(jìn)技術(shù)和最新進(jìn)展的重要窗口。

*MBC FET，為2019年5月在圣克拉拉三星制造論壇上，三星對(duì)外宣稱(chēng)的GAA技術(shù)Multi-Bridge Channe FET，縮寫(xiě)為MBCFET，其實(shí)質(zhì)為溝道采用nanosheet板片狀結(jié)構(gòu)的GAA晶體管。

制備方法

復(fù)旦微電子團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備出了超薄圍柵雙橋溝道晶體管，利用二維半導(dǎo)體材料優(yōu)秀的遷移率，和圍柵增強(qiáng)作用的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電流與普通MoS2晶體管相比提升超過(guò)400%，室溫下可達(dá)到理想的亞閾值擺幅（60mV/dec）。同時(shí)由于出色的靜電調(diào)控與較大的禁帶寬度，可有效降低漏電流。

雙橋溝道晶體管示意圖和性能測(cè)試圖

前景展望

本項(xiàng)成果中，晶體管的驅(qū)動(dòng)電流與7疊層硅GAA晶體管可相比擬，漏電流卻只有硅器件的6.5%，降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，在未來(lái)高性能低功耗晶體管技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備將會(huì)是首先用到這項(xiàng)技術(shù)的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品。就大陸集成電路產(chǎn)業(yè)而言，面對(duì)國(guó)際環(huán)境的變化，GAA FET或MBC FET相關(guān)技術(shù)的落地還需更長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)突破和技術(shù)攻關(guān)，祝福集成電路產(chǎn)業(yè)人在這艱難險(xiǎn)阻中取得勝利。

團(tuán)隊(duì)介紹

張衛(wèi)教授，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師。主要研究方向亞100納米器件先進(jìn)高k柵介質(zhì)；ULSI中低介電常數(shù)介質(zhì)和銅互連；微電子材料與工藝，薄膜技術(shù)，半導(dǎo)體器件；原子層化學(xué)氣相淀積（ALCVD）；低壓氣相生長(zhǎng)金剛石薄膜。自1997年以來(lái)承擔(dān)國(guó)家863、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)、上海市重大重點(diǎn)項(xiàng)目等20多項(xiàng)。先后在Science，Nature Nanotechnology, Nature Materials, Applied Physics Letters，IEEE Electron Device Letters，IEEE Tran. on Electron Devices, Journal of Applied Physics, IEDM等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議上發(fā)表論文200多篇，申請(qǐng)專(zhuān)利180多項(xiàng)，其中美國(guó)專(zhuān)利39項(xiàng)。

周鵬教授，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者。主要研究方向?yàn)樾滦投S層狀半導(dǎo)體電子器件與特性研究、下一代CMOS兼容非易失存儲(chǔ)器研究。先后獲得復(fù)旦大學(xué) “卓學(xué)計(jì)劃”人才支持，上海市青年科技啟明星、國(guó)家自然基金委優(yōu)秀青年資助。微電子學(xué)院先進(jìn)電子器件研究所副所長(zhǎng)，主持“上海市微納器件與工藝專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)”工作。

原文標(biāo)題：科研前線 | 復(fù)旦微電子團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)多橋溝道晶體管技術(shù)

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