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超越矽晶 III-V族材料可望生成MOSFET

2020-06-28 20:22:09 来源:姣姣网

最高性能的金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)将不再由矽晶制成。根据近日在美国夏威夷檀香山举行的2014 VLSI技术研讨会上的研究人员们表示,未来,这种 MOSFET 将改采三五(III-V)族材料在矽基板上生长而成。

在一场由Semiconductor Research Corporation(SRC)所举行的产品展示中,美国加州大学圣塔巴巴拉分校(UCSB)的研究人员们展示他们所宣称世界上最高性能的 MOSFET ──这种 MOSFET 是由在 (InP)上的砷化铟镓(InGaAs)所形成;这种磷化铟则可在矽晶上生成。

「目前的基板采用磷化铟。包括IMEC等其他团队的研究显示,磷化铟可在矽晶上生长,」UCSB电子与电脑教授Mark Rodwell表示:「的确,在今年的VLSI研讨会上,至少会介绍一种矽晶上砷化铟镓III-V族MOS。因此,虽然我们的元件并不是在Si上生长的,但也一定能实现。」

超越矽晶 III-V族材料可望生成MOSFET0

经由穿透式电子显微镜(TEM)显示一个2.7奈米通道、复杂的高K电介质,以及研究人员所说的其他先进的功能,可使其打造出目前世界上最高性能的MOSFET。

III-V族 MOSFET 不仅可提供比类似尺寸矽晶电晶体更高的性能,且更低功耗。根据Rodwell表示,以速度与功耗来看,他们最终将可取代矽晶。

尽管研究人员当未针对开关速度进量测,但他们估计,在 RF /无线应用中,III-V族 MOSFET 将比矽晶 RF 执行更快30-60%。而且由于电迁移率比砷化铟速度更快2.5-3倍,数位时脉速度估计比矽晶更高。

现在,研究人员宣称的最高性能」是根据UCSB的III-V族 MOSFET在类似矽晶尺寸与闸宽度所产生以及执行与矽晶类似电压(0.5V)时的上电电流(每微米宽度约0.5mA)与关断电流(100nA)。Rodwell表示,III-V MOSFET的未来版本将明显超越同尺寸的矽晶 FinFET。

超越矽晶 III-V族材料可望生成MOSFET1

金属闸极III-V族MOSFET的详细分层架构。

Rodwell团队所使用的方式是以制造仅2.5nm(17个原子)厚的砷化铟半导体通道为基础。博士候选人Cheng-Ying Huang与另一位教授Arthur Gossard也共同合作进行这项研究。

博士研究生Varista Chobpattana则与教授Susanne Stemmer共同打造先进的高k电介质──在具有极高电容器密度的氧化铝与氧化锆分层上堆叠镍铝(NiAl)金属闸,从而实现高导通电流。

最后的结尾工作是由以博士候选人Sanghoon Lee为主导的Rodwell实验室来进行,他们为 MOSFET 增加了垂直间隔层以阻断漏电流,藉由均匀分配电场以避免能隙与能隙之间的穿隧发生。研究人员们表示,这可产生足以媲美先进矽晶 MOSFET 的关断电流。

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