在本月16號閉幕的IEEE IEDM會議上，復(fù)旦微電子團隊發(fā)表了其在多橋溝道晶體管上的研究成果，在雙層溝道分別為0.6/1.2納米的nanosheet結(jié)構(gòu)的GAA晶體管上，實現(xiàn)了高驅(qū)動電流和低漏電流的融合統(tǒng)一，這一成果為高性能低功耗電子器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。

研究背景

隨著集成電路制造工藝進入到5納米技術(shù)節(jié)點以下，傳統(tǒng)通過對晶體管進行尺寸微縮以提升晶體管密度達到性能提升的途徑變得越來越難以實現(xiàn)。前有英特爾在14nm節(jié)點停滯多年，現(xiàn)又有臺積電和三星5nm工藝下生產(chǎn)的多款移動端處理器曝光的性能跑分不及預(yù)期，子22nm節(jié)點啟用的FinFET技術(shù)已經(jīng)臨近物理極限，芯片制造工藝面臨重大革新。

采用多溝道堆疊和全面柵環(huán)繞的新型多橋溝道晶體管乘勢而起，利用全環(huán)柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了更好的柵控能力和漏電控制，被視為5納米以下節(jié)點晶體管的技術(shù)路線?，F(xiàn)有工藝已實現(xiàn)了7層硅納米片的多橋溝道晶體管（MBC FET，是GAA FET的一種），大幅提高驅(qū)動電流，然而隨著堆疊溝道數(shù)量的增加，漏電流也隨之增加，導(dǎo)致的功耗不可忽視。

復(fù)旦微電子學(xué)院周鵬教授團隊針對具有重大需求的3-5納米節(jié)點晶體管技術(shù)，驗證了雙層溝道厚度分別為0.6 /1.2納米的圍柵多橋溝道晶體管，實現(xiàn)了高驅(qū)動電流和低漏電流的融合統(tǒng)一，為高性能低功耗電子器件的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。研究工作主要由博士生黃曉合和劉春森完成，得到了張衛(wèi)教授的指導(dǎo)。

相關(guān)成果以“High Drive and Low Leakage Current MBC FET with Channel Thickness 1.2nm/0.6nm”為題，于在第66屆IEEE國際電子器件大會（IEEE IEDM，International Electron Device Meeting）上北京時間12月16日在線發(fā)布，IEDM是微電子器件領(lǐng)域的國際頂級會議，是國際學(xué)術(shù)界和頂尖半導(dǎo)體公司的研發(fā)人員發(fā)布先進技術(shù)和最新進展的重要窗口。

*MBC FET，為2019年5月在圣克拉拉三星制造論壇上，三星對外宣稱的GAA技術(shù)Multi-Bridge Channe FET，縮寫為MBCFET，其實質(zhì)為溝道采用nanosheet板片狀結(jié)構(gòu)的GAA晶體管。

制備方法

復(fù)旦微電子團隊設(shè)計并制備出了超薄圍柵雙橋溝道晶體管，利用二維半導(dǎo)體材料優(yōu)秀的遷移率，和圍柵增強作用的特點，驅(qū)動電流與普通MoS2晶體管相比提升超過400%，室溫下可達到理想的亞閾值擺幅（60mV/dec）。同時由于出色的靜電調(diào)控與較大的禁帶寬度，可有效降低漏電流。

雙橋溝道晶體管示意圖和性能測試圖

前景展望

本項成果中，晶體管的驅(qū)動電流與7疊層硅GAA晶體管可相比擬，漏電流卻只有硅器件的6.5%，降低了兩個數(shù)量級，在未來高性能低功耗晶體管技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，手機等移動設(shè)備將會是首先用到這項技術(shù)的消費級產(chǎn)品。就大陸集成電路產(chǎn)業(yè)而言，面對國際環(huán)境的變化，GAA FET或MBC FET相關(guān)技術(shù)的落地還需更長時間的研發(fā)突破和技術(shù)攻關(guān)，祝福集成電路產(chǎn)業(yè)人在這艱難險阻中取得勝利。

團隊介紹

張衛(wèi)教授，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院院長、博士生導(dǎo)師。主要研究方向亞100納米器件先進高k柵介質(zhì)；ULSI中低介電常數(shù)介質(zhì)和銅互連；微電子材料與工藝，薄膜技術(shù)，半導(dǎo)體器件；原子層化學(xué)氣相淀積（ALCVD）；低壓氣相生長金剛石薄膜。自1997年以來承擔(dān)國家863、國家自然科學(xué)基金、國家重大科技專項、上海市重大重點項目等20多項。先后在Science，Nature Nanotechnology, Nature Materials, Applied Physics Letters，IEEE Electron Device Letters，IEEE Tran. on Electron Devices, Journal of Applied Physics, IEDM等國際學(xué)術(shù)期刊和會議上發(fā)表論文200多篇，申請專利180多項，其中美國專利39項。

周鵬教授，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長、博士生導(dǎo)師、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。主要研究方向為新型二維層狀半導(dǎo)體電子器件與特性研究、下一代CMOS兼容非易失存儲器研究。先后獲得復(fù)旦大學(xué) “卓學(xué)計劃”人才支持，上海市青年科技啟明星、國家自然基金委優(yōu)秀青年資助。微電子學(xué)院先進電子器件研究所副所長，主持“上海市微納器件與工藝專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺”工作。

原文標(biāo)題：科研前線 | 復(fù)旦微電子團隊實現(xiàn)多橋溝道晶體管技術(shù)

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