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由韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所 (IBS) 范德華量子固體中心主任 JO Moon-Ho 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組實(shí)施了一種新方法，實(shí)現(xiàn)了寬度小于 1 納米的一維金屬材料的外延生長(zhǎng)。該小組應(yīng)用此工藝開(kāi)發(fā)了一種用于二維半導(dǎo)體邏輯電路的新結(jié)構(gòu)。值得注意的是，他們使用一維金屬作為超小型晶體管的柵極電極。

基于二維半導(dǎo)體的集成器件即使在原子尺度的材料極限厚度下仍具有優(yōu)異的性能，是全球基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的一大熱點(diǎn)。然而，要實(shí)現(xiàn)這種可以在幾納米范圍內(nèi)控制電子運(yùn)動(dòng)的超小型晶體管器件，更不用說(shuō)開(kāi)發(fā)這種集成電路的制造工藝，一直面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

半導(dǎo)體器件的集成度取決于柵極電極的寬度和控制效率，柵極電極控制晶體管中的電子流動(dòng)。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝中，由于光刻分辨率的限制，將柵極長(zhǎng)度減小到幾納米以下是不可能的。為了解決這一技術(shù)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用了二維半導(dǎo)體二硫化鉬 (MoS?) 的鏡孿晶邊界 (MTB) 是寬度僅為 0.4 納米的一維金屬這一事實(shí)。他們將其用作柵極電極，以克服光刻工藝的限制。

本研究通過(guò)在原子水平上控制現(xiàn)有二維半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，將其轉(zhuǎn)化為一維 MTB，實(shí)現(xiàn)了一維 MTB 金屬相。這不僅代表了下一代半導(dǎo)體技術(shù)的重大突破，也代表了基礎(chǔ)材料科學(xué)的重大突破，因?yàn)樗故玖送ㄟ^(guò)人工控制晶體結(jié)構(gòu)大面積合成新材料相。

IEEE 的《國(guó)際器件與系統(tǒng)路線圖》（IRDS）預(yù)測(cè)，到 2037 年，半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)技術(shù)將達(dá)到約 0.5 納米，晶體管柵極長(zhǎng)度為 12 納米。研究團(tuán)隊(duì)證明，由 1D MTB 柵極施加的電場(chǎng)調(diào)制的通道寬度可以小至 3.9 納米，大大超出了未來(lái)的預(yù)測(cè)。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的 1D MTB 晶體管在電路性能方面也具有優(yōu)勢(shì)。用于硅半導(dǎo)體器件小型化的 FinFET 或 Gate-All-Around 等技術(shù)由于器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易產(chǎn)生寄生電容，導(dǎo)致高集成電路不穩(wěn)定。而 1D MTB 晶體管由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柵極寬度極窄，可以將寄生電容降至最低。

JO Moon-Ho主任表示：“通過(guò)外延生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的一維金屬相是一種新型材料工藝，可應(yīng)用于超小型半導(dǎo)體工藝，有望成為未來(lái)開(kāi)發(fā)各種低功耗、高性能電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。”

參考鏈接：https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=24873&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=

來(lái)源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自ibs，謝謝。