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氟化物超薄晶體管可能使半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)摩爾定律得以延續(xù)

發(fā)布:cyqdesign 2019-07-30 13:09 閱讀:1745
日本采取對韓出口限制措施后,韓國國內(nèi)正積極尋求日本氟化氫替代方案。三星電子與SK海力士等半導(dǎo)體公司緊急派遣采購小組以尋找氟化氫廠商。除了海外企業(yè)外,也努力尋求本土企業(yè)以實現(xiàn)供應(yīng)國家多元化。 D7(kkr:r  
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近些年,因為工藝的限制,和晶體尺寸有關(guān)的摩爾定律也越來越多質(zhì)疑會被打破。不過現(xiàn)在,奧地利的研究人員正在研究半導(dǎo)體領(lǐng)域下一項關(guān)鍵技術(shù):他們的突破很可能為晶體管結(jié)構(gòu)進一步縮小打開大門。 $+Vp>  
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幾十年來,微芯片中的晶體管變得越來越小。大約每兩年,商用芯片上的晶體管數(shù)量可能翻一倍——這種現(xiàn)象也被稱為“摩爾定律”。但是近些年,這一定律再沒有見證新的提升,因為小型化幾乎達到自然極限,在目前研究的幾納米范圍內(nèi),人們所面臨的已經(jīng)是一個全新的問題了。 *D$Hd">X  
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不過,現(xiàn)在出現(xiàn)了一種可能實現(xiàn)晶體管尺寸進一步縮小的新方法——使用原子厚度的二維(2D)材料。借助由氟化鈣制成的新型絕緣層,維也納技術(shù)大學(xué)(TU)現(xiàn)已成功制作出一種超薄的晶體管。與之前的技術(shù)相比,這種技術(shù)制成的晶體管具有更為優(yōu)異電氣性能,同時也因為厚度薄而大大地減小了尺寸。 BJI"DrF  
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近年來,科學(xué)界對晶體管制造所需半導(dǎo)體材料的研究取得了很大進展。與此同時,超薄半導(dǎo)體逐漸也可以只用幾個原子層厚的2D材料來制造。不過,這些都還不足以用來制造那種尺寸非常小的晶體管!盀榱酥圃爝@種非常小的晶體管,除了需要制造出超薄半導(dǎo)體外,還需要制造出一種超薄絕緣體,”維也納技術(shù)大學(xué)微電子研究所的Tibor Grasser教授解釋道。 "A%JT3  
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這可以用晶體管基本結(jié)構(gòu)來解釋:晶體管結(jié)構(gòu)上包括源極、柵極和漏極,源極和漏極間要產(chǎn)生電流,則需要在中間的柵極和襯底間施加電壓以形成電場,這里為了能在施加電壓后形成電場,柵極和半導(dǎo)體襯底之間就需要一層絕緣層。“目前研究領(lǐng)域一直在嘗試的晶體管實驗,都是基于超薄半導(dǎo)體搭配普通厚度的絕緣層,”Grasser解釋道,“但是這樣做并沒有什么優(yōu)勢——首先,晶體管會因為含有普通厚度的絕緣層而呈現(xiàn)很大的尺寸,這樣就沒辦法談小型化了;第二點也很明顯,那就是半導(dǎo)體本來就很敏感的電子特性會受到這種絕緣層表面的干擾! Ok6c E  
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針對這種情況,Grasser團隊的博士后Yury Illarionov采用了一種新穎的方法:“如果我們既明確定義半導(dǎo)體襯底面,同時又明確定義絕緣層面(比如離子晶體),那么就可以制作出一種尺寸只有幾納米的晶體管。這種晶體管的電學(xué)特性還會得到改善,因為離子晶體具有完全規(guī)則的表面,而這樣的表面不會出現(xiàn)可能干擾電場的單個突出原子!皞鹘y(tǒng)材料在第三維度(即垂直方向)上具有共價鍵,比如一些原子通過其底部和頂部的共價鍵和相鄰材料的原子結(jié)合,”Grasser解釋說,“而2D材料和離子晶體的情況就與此不同,因此它們不會影響相鄰材料的電學(xué)性能! (cEjC`]  
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研究人員選擇一種由原子厚度的氟化鈣組成的絕緣層。該層由圣彼得堡的Joffe研究所制作,該期刊報道的第一作者Yury Illarionov在去維也納工業(yè)大學(xué)之前也做過此類研究。不過,晶體管本身是在托馬斯·穆勒教授的維也納大學(xué)光子學(xué)研究所制作完成的,隨后還在微電子研究所進行了相關(guān)測試。 !Won<:.[0  
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雖然這只是一個原型產(chǎn)品,不過它還是超出了所有人的預(yù)期:“近年來,我們一再收到各種不同的晶體管來研究它們的技術(shù)特性 - 但我們從未見過設(shè)計有氟化物絕緣層的晶體管,”Grasser說,“比較它們的電氣特性,該原型產(chǎn)品完全超過以往材料的測試結(jié)果。 ]W>kbH Imz