湖南大學展示納米尺寸垂直晶體管原型器件

記者從湖南大學獲悉，劉淵教授團隊使用範德華金屬集成法，成功展示了超短溝道垂直場效應晶體管，其有效溝道長度最短可小於1納米。這項“微觀世界”的創新，為“後摩爾時代”半導體器件性能提升增添了希望。日前，這一研究成果已發表在《自然·電子學》上。

從21世紀初開始，商用計算機的主頻便停滯不前，相關“摩爾定律”已逼近極限——伴隨電子器件縮小，溝道長度也縮短到十納米級別，短溝道效應更加顯著。如何製造出更優性能與更低功耗的電子器件，成為“後摩爾時代”全球半導體領域關注的焦點之一。

記者從湖南大學物理與微電子科學學院瞭解到，垂直晶體管具有天然的短溝道特性，其研發有望作為一種全新的器件微縮方向。如能通過進一步研究將真正的溝道物理長度縮小至10納米甚至5納米以下，未來將可能不再依賴傳統的高精度光刻技術和刻蝕技術。

劉淵教授團隊採用低能量的範德華電極集成方式，實現了以二硫化鉬作為半導體溝道的薄層甚至單原子層的短溝道垂直器件。他們將預製備的金屬電極物理層壓到二硫化鉬溝道的頂部，保留了二維半導體的晶格結構及其固有特性，形成理想的範德華金屬—半導體界面。通過對垂直器件進行微縮，垂直晶體管的開關比性能提升了兩個數量級。

據瞭解，這種方法還可以運用到其他層狀半導體作為溝道的器件上，均實現了小於3納米厚度的垂直場效應晶體管，證明了範德華電極集成對於垂直器件微縮的普適性。這項研究有望為製造出擁有超高性能的亞3納米級別的晶體管，以及製備其他因工藝水平限制而出現不完美界面的範德華異質結器件，為提升芯片性能提供了一種全新的低能耗解決方案。

該論文第一作者為湖南大學物理與微電子科學學院博士生劉麗婷，劉淵教授為通訊作者。