【產(chǎn)通社，1月4日訊】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所（Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences, ISCAS）官網(wǎng)消息，其李樹(shù)深院士和駱軍委研究員課題組最近在隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管機(jī)理的研究中取得了重要進(jìn)展。該課題組的姜向偉博士和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的汪林望教授合作，基于密度泛函量子輸運(yùn)方法理論預(yù)測(cè)了二維過(guò)渡金屬硫化物隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的器件性能，提出使用深能級(jí)缺陷進(jìn)行調(diào)制的共振齊納隧穿晶體管，研究論文被微電子領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議“國(guó)際電子器件大會(huì)”IEDM接收，姜向偉博士在近期舉行的IEDM-2015會(huì)議上報(bào)道了這一研究成果。
高性能和低功耗是當(dāng)今微電子器件及其集成電路的兩大制高點(diǎn)，在過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)晶體管一直按照摩爾定律在不斷等比例縮小，晶體管尺寸和芯片集成度當(dāng)前已經(jīng)達(dá)到了物理極限，提高器件性能和降低器件功耗成為了一對(duì)難以調(diào)和的矛盾。具有陡直亞閾特性的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以有效解決晶體管的功耗難題，被廣泛認(rèn)為是亞十納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的重要備選，國(guó)際微電子學(xué)術(shù)界和Intel等大公司對(duì)它開(kāi)展了大量研究。但是經(jīng)過(guò)近十年的研究發(fā)現(xiàn)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管不能同時(shí)得到較高的開(kāi)態(tài)電流和較小的亞閾值擺幅，這表明它難以同時(shí)用于高性能和低功耗集成電路。為了突破這一物理限制，該課題組從物理原理上尋求突破，在隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的隧穿結(jié)處通過(guò)引入深能級(jí)缺陷來(lái)輔助器件開(kāi)啟狀態(tài)下的帶間隧穿，又稱(chēng)作齊納隧穿，同時(shí)在關(guān)閉狀態(tài)下又能將缺陷能級(jí)調(diào)制出隧穿窗口從而不影響亞閾電流。以二維過(guò)渡金屬硫化物為例，他們使用密度泛函量子輸運(yùn)方法模擬了亞十納米隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的器件性能，通過(guò)在隧穿結(jié)處引入過(guò)渡金屬空位，他們發(fā)現(xiàn)在保持關(guān)態(tài)電流不變的前提下實(shí)現(xiàn)了開(kāi)態(tài)電流數(shù)量級(jí)的提升，這是一種深能級(jí)缺陷調(diào)制的共振齊納隧穿機(jī)制。這種共振齊納隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的概念為研制高性能低功耗的納米晶體管器件提供了一種新的思路，論文題目為“How Good is Mono-Layer Transition-Metal Dichalcogenide Tunnel Field-Effect Transistors in sub-10nm–An ab initio Simulation Study”。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的這個(gè)課題組和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的汪林望教授合作，長(zhǎng)期從事納米半導(dǎo)體器件物理及其量子模擬研究，開(kāi)發(fā)了一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原子尺度全量子器件模擬軟件，在該領(lǐng)域發(fā)表學(xué)術(shù)論文20篇，其中表面科學(xué)進(jìn)展Progress in Surface Science 1篇，應(yīng)用物理快報(bào)Appl. Phys. Lett. 5篇，微電子器件著名期刊IEEE Trans. Elect. Dev. 1篇，應(yīng)用物理期刊J. Appl. Phys. 4篇，固態(tài)電子學(xué)Solid State Electronics 1篇。另外在2012年IEEE NUSOD國(guó)際會(huì)議上作邀請(qǐng)報(bào)告，2015年微電子器件領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議IEDM論文和會(huì)議專(zhuān)題報(bào)告。
