近日，在2020國際電子器件大會（IEDM）上，微電子所劉明院士科研團(tuán)隊(duì)展示了二硫化鉬（MoS2）負(fù)電容電晶體（NCFET）的最新研究成果。成果顯示：MoS2 NCFE溝道長度能縮短至100nm，並實(shí)現(xiàn)了超低的亞閾值擺幅（亞閾值擺幅是衡量電晶體開啟與關(guān)斷狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換速率的性能指標(biāo)。）、較低回滯和較高的開態(tài)電流密度。這也就意味著未來積體電路或能快速向低功耗方向發(fā)展。
積體電路是一種微型電子器件或部件，其廣泛應(yīng)用於電視機(jī)、音響、影碟機(jī)、錄影機(jī)、電腦、電子琴、通信、遙控、報(bào)警器等設(shè)備中。
現(xiàn)今，為了降低積體電路的功耗，製造商們常向柵極中引入鐵電材料的“負(fù)電容電晶體”，這樣能突破傳統(tǒng)場效應(yīng)電晶體的亞閾值擺幅開關(guān)極限，進(jìn)而使之有望在極低的電源電壓下工作。
二硫化鉬是一種低維度的半導(dǎo)體材料，具有類似於石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)。由於具有厚度極薄、遷移率較高、關(guān)態(tài)電流極低和CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）相容的製造工藝等優(yōu)勢，MoS2也就自然而然地成為了先進(jìn)電晶體的可選溝道材料之一。
近期的一些實(shí)驗(yàn)顯示，MoS2 NCFET能實(shí)現(xiàn)低於60mV/dec的亞閾值擺幅。但是這些研究僅實(shí)現(xiàn)了較長溝道（大於500nm）的器件，沒有完全發(fā)掘和利用負(fù)電容效應(yīng)在短溝道電晶體中的優(yōu)勢。
針對該問題，劉明院士團(tuán)隊(duì)通過對器件參數(shù)以及製造工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，首次把MoS2 NCFET的溝道長度微縮至83nm，並實(shí)現(xiàn)了較低回滯和較高的開態(tài)電流密度，且亞閾值擺幅極低（SSmin=17.23 mV/dec和SSave=39 mV/dec）。相比基準(zhǔn)器件，其平均亞閾值擺幅從220 mV/dec提高至39 mV/dec，溝道電流在VGS=0 V和1.5 V下分別提高了346倍和26倍。這項(xiàng)工作推動了MoS2 NCFET尺寸持續(xù)微縮，對此類器件面向低功耗應(yīng)用有一定意義。
基於上述研究成果的論文“Scaling MoS2 NCFET to 83 nm with Record-low Ratio of SSave/SSRef.=0.177 and Minimum 20 mV Hysteresis”入選2020 IEDM。
