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5nm后 2D材料可望突破摩尔定律限制?

根据比利时研究机构Imec指出,设计人员可以选择采用2D非等向性(颗粒状速度更快)材料(如黑磷单层),让摩尔定律(Moore’s Law)扩展到超越5纳米(nm)节点。Imec研究人员在Semicon West期间举办的年度Imec技术论坛(Imec Technology Forum)发表其最新研究成果。 

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Imec开发的次5nm 2D通道场效晶体管(FET)架构,显示堆栈闸极和原子薄层结构 (来源:Imec)

Imec展示的研究计划专注于实现高性能逻辑应用的场效晶体管(FET),作为其Core CMOS计划的一部份。Imec及其合作伙伴分别在材料、组件与电路层级实现协同优化,证实了在传输方向上可使用具有较小有效质量之2D非等向性黑磷单层的概念。这种黑磷夹层于低k电介质的接口层之间,并在高k电介质之上部署堆栈的双闸极,以控制原子级的薄层通道。

Imec展示了10nm节点的协同优化方案,并表示该架构可以使用半伏特(< 0.5V)的电源和小于50埃(0.5nm)的有效氧化物厚度,使其FET在5nm节点以后持续扩展摩尔定律,以实现高性能逻辑应用。

研究人员预测,所展示的架构、材料和协同优化技术将有助于产生可靠的FET,且其厚度可一直降低至单原子级,闸极长度短于20埃,推动纳米线FET持续进展成为FinFET的接班技术。Imec目前正评估除了黑色荧光粉以外的其他材料作为主要的备选技术,将纳米线FET延伸到原子级2D通道。

根据Imec,除了为FET延续摩尔定律的微缩规律以外,2D材料还有助于加强光子学、光电子学、生物感测、能量储存和太阳光电的发展。

Imec的研究伙伴包括来自比利时鲁汶天主教大学(Catholic University of Leuven)和意大利比萨大学(Pisa University)的科学家。这项研究的赞助资金来自欧盟(EU)的石墨烯旗舰(Graphene Flagship)研究计划以及Imec Core CMOS计划的合作伙伴,包括GlobalFoundries、华为(Huawei)、英特尔(Intel)、美光(Micron)、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)、Sony Semiconductor Solutions和台积电(TSMC)共同赞助了这项计划。

有关这项研究的更多信息刊载在《自然》(Nature)科学报导的“基于FinFET的2D材料-设备-电路协同优化可实现超大型技术工艺”(Material-Device-Circuit Co-optimization of 2D Material based FETs for Ultra-Scaled Technology Nodes),Imec并在文中提供了为次10nm芯片高性能逻辑芯片选择材料、设计组件和优化性能的指导原则。Imec解释,在闸极长度低于5nm的情况下,与闸极堆栈有关的2D静电特性所带来的挑战,更甚于2D FET材料直接源极到漏极的穿隧作用。

编译:Susan Hong

(参考原文:Imec Aims 2-D FETs at Sub-5-nm Node,by R. Colin Johnson)

via:http://www.eettaiwan.com/news/article/20170720NT01-imec-aims-2d-fet-at-sub-5nm

剧毒术士马文

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