Forskere krymper fin-bredden af ​​FinFET til næsten den fysiske grænse

FinFET'er er kendt for at være en udvikling af metal-oxid-halvleder-felteffekttransistorer (MOSFET'er) med en halvledende kanal lodret pakket ind af konforme gate-elektroder. Det blev først foreslået i 1990'erne for at undgå den korte kanaleffekt og andre ulemper som følge af krympningen af ​​transistorstørrelsen. På grund af begrænsningen af ​​nanofabrikation, den mindste finnebredde er omkring 5 nm i den nuværende teknologi.

I de seneste årtier, mikroelektronik har udviklet sig i et hurtigt tempo efter Moores lov, med antallet af transistorer pr. område øget hvert andet år. På grund af begrænsningen af ​​nano-fremstillingspræcision, det er nu ekstremt udfordrende at skrumpe yderligere størrelsen af ​​transistorer på et integreret kredsløb. Det er derfor af stor betydning at søge nye kandidater af halvledende materialer.

I de seneste år, nye materialer såsom carbon nanorør og todimensionelle (2-D) materialer er blevet bredt undersøgt til implementering af nanoskalerede transistorer. I en ny undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , forskerne fra Institute of Metal Research (IMR) fra det kinesiske videnskabsakademi og Frankrig havde til formål at erstatte den konventionelle Si-baserede finne med 2-D enkelt atomlag i FinFET-arkitekturen.

Forskerne designet en vådsprøjtet kemisk dampaflejring (CVD) metode til universelt at dyrke monolag af overgangsmetal dichalcogenider (ML-TMDC'er, såsom MoS ₂ og WS ₂ ) på trinformede skabeloner med højde i størrelsesordenen 300 nm.

Efter et dedikeret arbejdsflow af ætsning i flere trin og nanofremstillingsprocesser, lodret stående enkeltlags MoS ₂ kanaler er vellykket pakket ind med dielektriske og gate-elektroder, med kilde- og drænelektroder i kontakt med 0,6 nm finnekanalen. Gateelektroder kan også være lavet af en carbon nanorør tynd film.

Den bedste elektriske ydeevne af sådanne ML-FinFET'er blev opnået for at vise tænd/sluk-forhold, der nåede 10 ⁷ , undertærskelsving på omkring 300 mV/dec, og mobiliteter i størrelsesordenen nogle få cm ² V ^-1 s ^-1 . Simuleringer viste, at ved yderligere at optimere strukturen af ​​ML-FinFET'erne, dræn-induceret-barriere-sænkning (DIBL) kan sænkes til 5 mV/V.

Denne undersøgelse opnåede en FinFET med en finnebredde på under 1 nm via en bottom-up rute for at dyrke monolag (ML) MoS ₂ (tykkelse ~ 0,6 nm) som finnen, hvilket er næsten den fysiske grænse, man faktisk kan nå. Fin-arrays med minimum pitch på 50 nm er også demonstreret, give ny indsigt til implementering af nanoelektronik i en overskuelig fremtid, hvor Moores lov måske ikke længere er gyldig.