20世纪40年代以来，以微电子技术为主导的信息技术革命极大推动了科学技术的发展和社会的变革。过去几十年来，微电子技术产业沿摩尔定律取得了突飞猛进的发展，按照摩尔定律的预测，集成电路可容纳晶体管数目大约每两年增加一倍。目前集成电路中可实现的最小加工尺寸为3-5纳米。当前，随着集成电路特征尺寸逼近工艺和物理极限，进一步缩小晶体管器件特征尺寸极具挑战。

相对于传统的体硅半导体材料，近年来具有原子尺度的低维材料得到了快速发展，碳纳米管、二维原子晶体等新材料不断被尝试用于构建晶体管的沟道材料或电极材料。近日，中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心科研人员与国内外多家单位合作，首次演示了可阵列化、垂直单原子层沟道的鳍式场效应晶体管（FinFET），在《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表题为“单原子层沟道的鳍式场效应晶体管”（A FinFET with one atomic layer channel）的研究论文。

研究人员设计了高300nm的硅晶体台阶模板，通过湿法喷涂化学气相沉积（CVD）方法，实现了与台阶侧壁共形生长的过渡族金属硫化物单原子层晶体（MoS2、WS2等）。通过采用多重刻蚀等微纳加工工艺，制备出以单层极限二维材料作为半导体沟道的鳍式场效应晶体管，同时成功制备出鳍式场效应晶体管阵列。除此之外，尝试了引入碳纳米管替代传统金属作为栅极材料，结果显示该材料比传统金属栅具有更好的包覆性，可以有效提高器件性能。通过对数百个晶体管器件统计测量，测得电流开关比达107，亚阈值摆幅达300mV/dec。理论计算表明，所提出的鳍式场效应晶体管能够实现优异的抗短沟道效应，如漏端引入的势垒降低（DIBL）可以低至5mV/V。

该项工作将FinFET的沟道材料宽度减小至单原子层极限的亚纳米尺度（0.6 nm），同时，获得了最小间距为50 nm的单原子层沟道鳍阵列，该研究工作为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。

该工作由中科院金属研究所与湖南大学、山西大学、中科院苏州纳米所、合肥强磁场科学中心、法国原子能总署等单位合作完成。

发布日期：2020年3月9日

来源：中国日报网