作者:晋浩天 来源:光明日报 发布时间:2023/3/27 9:49:21
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迄今速度最快能耗最低二维晶体管问世

 

本报北京3月26日电(记者晋浩天)北京大学电子学院彭练矛教授-邱晨光研究员课题组日前制备出10纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管,首次使得二维晶体管实际性能超过Intel商用10纳米节点的硅基鳍型晶体管,并将二维晶体管的工作电压降到0.5V,这也是世界上迄今速度最快能耗最低的二维半导体晶体管。该研究成果以《二维硒化铟弹道晶体管》为题日前在线发表于《自然》。

芯片为大数据和人工智能的发展提供源源不断的动力,芯片速度的提升得益于晶体管的微缩,然而当前传统硅基场效应晶体管的性能逐渐接近其本征物理极限。受限于接触、栅介质和材料等方面的瓶颈,迄今为止,所有二维晶体管所实现的性能均不能媲美业界先进硅基晶体管,其实验结果远落后于理论预测。

对此,团队在研发过程中实现了三方面技术革新:一是采用高载流子热速度(更小有效质量)的三层硒化铟作沟道,实现了室温弹道率高达83%,为目前场效应晶体管的最高值,远高于硅基晶体管的弹道率(小于60%);二是解决了二维材料表面生长超薄氧化层的难题,制备出2.6纳米超薄双栅氧化铪,将器件跨导提升到6毫西·微米,超过所有二维器件一个数量级;三是开创了掺杂诱导二维相变技术,克服了二维器件领域金半接触的国际难题,将总电阻刷新至124欧姆·微米。

研究团队表示,这项工作突破了长期以来阻碍二维电子学发展的关键科学瓶颈,将n型二维半导体晶体管的性能首次推近理论极限,率先在实验上证明出二维器件性能和功耗上优于先进硅基技术,为推动二维半导体技术的发展注入了强有力的信心和活力。

 
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