复旦微电子团队实现多桥沟道晶体管技术

 

在本月16号闭幕的IEEE IEDM会议上，复旦微电子团队发表了其在多桥沟道晶体管上的研究成果，在双层沟道分别为0.6/1.2纳米的nanosheet结构的GAA晶体管上，实现了高驱动电流和低漏电流的融合统一，这一成果为高性能低功耗电子器件的发展提供了新的技术途径。

 

研究背景

 

随着集成电路制造工艺进入到5纳米技术节点以下，传统通过对晶体管进行尺寸微缩以提升晶体管密度达到性能提升的途径变得越来越难以实现。前有英特尔在14nm节点停滞多年，现又有台积电和三星5nm工艺下生产的多款移动端处理器曝光的性能跑分不及预期，子22nm节点启用的FinFET技术已经临近物理极限，芯片制造工艺面临重大革新。

采用多沟道堆叠和全面栅环绕的新型多桥沟道晶体管乘势而起，利用全环栅结构实现了更好的栅控能力和漏电控制，被视为5纳米以下节点晶体管的技术路线。现有工艺已实现了7层硅纳米片的多桥沟道晶体管（MBC FET，是GAA FET的一种），大幅提高驱动电流，然而随着堆叠沟道数量的增加，漏电流也随之增加，导致的功耗不可忽视。

复旦微电子学院周鹏教授团队针对具有重大需求的3-5纳米节点晶体管技术，验证了双层沟道厚度分别为0.6 /1.2纳米的围栅多桥沟道晶体管，实现了高驱动电流和低漏电流的融合统一，为高性能低功耗电子器件的发展提供了新的技术途径。研究工作主要由博士生黄晓合和刘春森完成，得到了张卫教授的指导。

相关成果以“High Drive and Low Leakage Current MBC FET with Channel Thickness 1.2nm/0.6nm”为题，于在第66届IEEE国际电子器件大会（IEEE IEDM，International Electron Device Meeting）上北京时间12月16日在线发布，IEDM是微电子器件领域的国际顶级会议，是国际学术界和顶尖半导体公司的研发人员发布先进技术和最新进展的重要窗口。

*MBC FET，为2019年5月在圣克拉拉三星制造论坛上，三星对外宣称的GAA技术Multi-Bridge Channe FET，缩写为MBCFET，其实质为沟道采用nanosheet板片状结构的GAA晶体管。

制备方法

 

复旦微电子团队设计并制备出了超薄围栅双桥沟道晶体管，利用二维半导体材料优秀的迁移率，和围栅增强作用的特点，驱动电流与普通MoS2晶体管相比提升超过400%，室温下可达到理想的亚阈值摆幅（60mV/dec）。同时由于出色的静电调控与较大的禁带宽度，可有效降低漏电流。

双桥沟道晶体管示意图和性能测试图

前景展望

 

本项成果中，晶体管的驱动电流与7叠层硅GAA晶体管可相比拟，漏电流却只有硅器件的6.5%，降低了两个数量级，在未来高性能低功耗晶体管技术应用领域具有广阔的应用前景，手机等移动设备将会是首先用到这项技术的消费级产品。就大陆集成电路产业而言，面对国际环境的变化，GAA FET或MBC FET相关技术的落地还需更长时间的研发突破和技术攻关，祝福集成电路产业人在这艰难险阻中取得胜利。

团队介绍

 

张卫教授，复旦大学微电子学院院长、博士生导师。主要研究方向亚100纳米器件先进高k栅介质；ULSI中低介电常数介质和铜互连；微电子材料与工艺，薄膜技术，半导体器件；原子层化学气相淀积（ALCVD）；低压气相生长金刚石薄膜。自1997年以来承担国家863、国家自然科学基金、国家重大科技专项、上海市重大重点项目等20多项。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等国际学术期刊和会议上发表论文200多篇，申请专利180多项，其中美国专利39项。

周鹏教授，复旦大学微电子学院副院长、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者。主要研究方向为新型二维层状半导体电子器件与特性研究、下一代CMOS兼容非易失存储器研究。先后获得复旦大学 “卓学计划”人才支持，上海市青年科技启明星、国家自然基金委优秀青年资助。微电子学院先进电子器件研究所副所长，主持“上海市微纳器件与工艺专业技术服务平台”工作。

 

 

原文标题：科研前线 | 复旦微电子团队实现多桥沟道晶体管技术

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