纳米尺寸垂直晶体管亮相 为半导体器件性能提升增添希望

记者5月7日从湖南大学获悉，刘渊教授团队使用范德华金属集成法，成功展示了超短沟道垂直场效应晶体管，其有效沟道长度最短可小于1纳米。这项“微观世界”的创新，为“后摩尔时代”半导体器件性能提升增添了希望。日前，这一研究成果已发表在《自然·电子学》上。

从21世纪初开始，商用计算机的主频便停滞不前，相关“摩尔定律”已逼近极限——伴随电子器件缩小，沟道长度也缩短到十纳米级别，短沟道效应更加显著。如何制造出更优性能与更低功耗的电子器件，成为“后摩尔时代”全球半导体领域关注的焦点之一。

记者从湖南大学物理与微电子科学学院了解到，垂直晶体管具有天然的短沟道特性，其研发有望作为一种全新的器件微缩方向。如能通过进一步研究将真正的沟道物理长度缩小至10纳米甚至5纳米以下，未来将可能不再依赖传统的高精度光刻技术和刻蚀技术。

刘渊教授团队采用低能量的范德华电极集成方式，实现了以二硫化钼作为半导体沟道的薄层甚至单原子层的短沟道垂直器件。他们将预制备的金属电极物理层压到二硫化钼沟道的顶部，保留了二维半导体的晶格结构及其固有特性，形成理想的范德华金属—半导体界面。通过对垂直器件进行微缩，垂直晶体管的开关比性能提升了两个数量级。

据了解，这种方法还可以运用到其他层状半导体作为沟道的器件上，均实现了小于3纳米厚度的垂直场效应晶体管，证明了范德华电极集成对于垂直器件微缩的普适性。这项研究有望为制造出拥有超高性能的亚3纳米级别的晶体管，以及制备其他因工艺水平限制而出现不完美界面的范德华异质结器件，为提升芯片性能提供了一种全新的低能耗解决方案。

该论文第一作者为湖南大学物理与微电子科学学院博士生刘丽婷，刘渊教授为通讯作者。