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时间:2018-09-10 16:14来源:未知 作者:文诺言 点击:

  亚虎娱乐手机客户端,集成电的成长趋向已由逃求机能和集成度提拔为从改变成以降低功耗为从,而降低功耗的最无效方式即降低工做电压。目前,互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)集成电(14/10 nm手艺节点)的工做电压降低至0.7 V,而MOS晶体管中亚阈值摆幅(subthreshold swing, SS)的热激发(60 mV/DEC)导致集成电的工做电压无法缩减到0.64 V以下。现有能实现SS60 mV/DEC的晶体管次要有隧穿场效应晶体管(tunneling field-effect transistor, tunneling FET)和负电容场效应晶体管(negative capacitance FET)两类,它们有着速度低或不变性差、不宜集成等主要缺陷,缺乏适用价值。而用于将来集成电的超低功耗晶体管不只需要实现SS60 mV/DEC,开态电流脚够大,还要求机能不变,制备简单。

  北京大学电子学系、纳米器件物理取化学教育部沉点尝试室怯传授、彭练矛教讲课题组从头审视了MOS晶体管亚阈值摆幅的物理极限,提出一种新型超低功耗的场效应晶体管,并采器具有特定的石墨烯做为一个“冷”电子源,用半导体碳纳米管做为有源沟道,以高效率的顶栅布局建立出狄拉克源场效应晶体管(Dirac source-FET, DS-FET),正在尝试上实现室温下40 mV/DEC摆布的亚阈值摆幅。变温丈量成果显示,DS-FET的亚阈值摆幅取温度呈较着线性关系;这表白晶体管的载流子输运是保守热发射,而不是隧穿机制。DS-FET具有优良的可缩减性,当器件沟道长度缩至15 nm时,仍可不变地实现亚60 mV/DEC的亚阈值摆幅。

  最为主要的是,DS-FET具有取金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)比拟拟的驱动电流,远高于隧穿晶体管,且其SS60 mV/DEC所跨的电流范畴更大。做为亚60 mV/DEC开态和关态特征分析目标的环节参数(即SS=60 mV/DEC时的电流),I60=40 μA/μm,是已颁发的最佳隧穿晶体管的2000倍,完全达到了国际半导体成长线 mV/DEC器件适用化的尺度。典型狄拉克源晶体管正在0.5 V工做电压下的开态和关态电流均取英特尔公司14 nm手艺节点CMOS器件(正在0.7 V工做电压下)相当;这表白狄拉克源晶体管可以或许满脚将来超低功耗(Vdd0.5 V)集成电的需要。并且,这种狄拉克源的器件布局不依赖半导体材料,无望用于保守CMOS晶体管和二维材料的场效应晶体管,具有普适性。

  采用双栅节制实现的狄拉克源晶体管布局和机能表征,此中半导体碳纳米管做为器件的有源沟道,源端采用一个节制栅来调理石墨烯的费米能级

  2018年6月14日,上述工做以《做为高能效和高机能电子开关的狄拉克源场效应晶体管》(Dirac-source field-effect transistors as energy-efficient, high-performance electronic switches)为题,正在线颁发(first release)于《科学》(Science,DOI: 10.1126/science.aap9195)。第一做者为北京大学消息科学手艺学院“博雅”博士后项目入选者邱晨曦博士,怯传授和彭练矛传授为配合通信做者;大学物理系刘飞博士和麦吉尔大学物理系郭鸿传授供给了理论仿实支撑,北京大学化学取工程学院彭海琳教讲课题组供给了部门石墨烯材料。狄拉克源晶体管的发现冲破了晶体管室温亚阈值摆幅的热发射理论极限,供给了一种可以或许实现室温下亚60 mV/DEC的新道理布局;取此同时,还能连结保守MOS晶体管的高机能,无望将集成电的工做电压降低到0.5 V及以下,为3 nm当前手艺节点的集成电手艺供给处理方案。

  相关研究获得国度天然科学基金立异研究群体、国度沉点研发打算“纳米科技”沉点专项,以及北京市科学手艺委员会等赞帮和支撑。

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