近日，湖南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功製備出了超短溝道的二硫化鉬（MoS2）垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VFET），其厚度小至3納米，溝道長(zhǎng)度約0.65納米，幾乎只有一個(gè)原子的大小，能在很大程度上提高芯片的性能。
溝道是指MOS管中源區(qū)和漏區(qū)之間的一薄半導(dǎo)體層。一般來說，溝道長(zhǎng)度越短，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低，開關(guān)的速度越快。MOS管是指金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
然而，受短溝道效應(yīng)、傳統(tǒng)高能金屬沉積技術(shù)、高精度光刻技術(shù)等因素限制，要想把溝道長(zhǎng)度降低到10nm以下極爲(wèi)困難。“功夫不負(fù)有心人”，現(xiàn)今湖南大學(xué)研究者總算把這個(gè)數(shù)值降到了0.65nm。
簡(jiǎn)單來說，研究人員采用了低能量的范德華（vdW）金屬電極集成方法，以MoS2作爲(wèi)半導(dǎo)體溝道的薄層，然後將預(yù)製備的金屬電極物理層，壓到二硫化鉬溝道的頂部，即可得到MoS2垂直晶體管。該方法不僅大大推動(dòng)了晶體管器件的縮放極限，而且還保留二維半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和固有特性，形成原子級(jí)別平整的金屬-半導(dǎo)體界面，以減少隧穿電流。
研究表明，在垂直晶體管溝道長(zhǎng)度爲(wèi)0.65nm和3.6nm的情況下，仍可以實(shí)現(xiàn)26和1000的開關(guān)比，可見開關(guān)比性能提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然超短溝道使得開關(guān)比有所下降，但是低溫電學(xué)測(cè)試表明，這種晶體管仍保持了電子發(fā)射爲(wèi)主導(dǎo)的特性。
另外，研究者還將這種方法應(yīng)用于二硒化鎢、二硫化鎢等層狀半導(dǎo)體，都實(shí)現(xiàn)了3nm以下厚度的垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該研究成果已以“Transferred van der Waals metal electrodes for sub-1-nm MoS2 vertical transistors”爲(wèi)題發(fā)表在《Nature Electronics》上。
