美国大学推出新型晶体管，延续摩尔定律

世界各地的研究人员都在不断寻找延长摩尔定律的新方法。现在，普渡大学的研究人员为此找到了另一种方法：将原子层沉积技术用于氧化铟基晶体管。

宽带隙氧化物半导体在光电器件、平板显示器、太阳能电池、OLED（有机发光二极管）和柔性透明电子产品中越来越受欢迎。这是因为这种独特的半导体材料类别表现出优异的导电性和光学透明度。

现在，普渡大学埃尔莫尔家族电气与计算机工程学院的一组研究人员找到了一种使用氧化铟半导体和一种称为原子层沉积的技术开发更小、性能更高的晶体管的方法。

这项研究如何在扩展未来晶体管技术方面扩展摩尔定律？

透明导电氧化物呈上升趋势

为了探讨这个问题，讨论为什么氧化铟是普渡大学研究人员成功的关键因素可能是有用的。

氧化铟（In2O3）、氧化锌和氧化镉等氧化物半导体具有大的带隙，因此在可见光范围内是透明的。因此，这些材料也被称为透明导电氧化物 (TCO)。

如今，大多数晶体管都是基于硅的，硅材料的原子尺寸约为 0.2 纳米。如果我们将晶体管的宽度缩小到几纳米以下，薄膜的导电性将可以忽略不计，并且无法处理高电流密度。另一方面，TCO 可以进行重掺杂以实现高导电性。它们的光学特性也可以通过调节载流子浓度来调节。此外，它们可以生长成薄膜和许多其他晶体结构。

最近，对氧化铟半导体的研究越来越受到关注，因为它们可以应用于后端（BEOL）兼容晶体管以进行三维集成。BEOL 是晶圆的第二部分，包括触点、电介质、金属、用于互连器件（如晶体管、电容器和电阻器）的键合点。

原子层沉积

虽然In 2 O 3比其他氧化物半导体具有更高的电子迁移率，但是通过物理气相沉积（PVD）方法沉积的In2O3薄膜会导致电性能不稳定。由于它们的高电子密度，在零栅极偏压下很难抑制漏极电流或截止电流。

原子层沉积 (ALD) 技术克服了在生成 In 2 O 3薄膜方面的这些限制。

ALD 可以将原子薄膜材料沉积到基板上。该技术涉及将基材表面暴露于交替的前体，即在化学反应中产生另一种化合物的化合物。在 ALD 的每个交替循环中，前体与表面发生反应。然后，它确保在使用表面上的所有反应位点时反应停止。

ALD 方法可以重复多次以获得所需的薄膜厚度。通常，ALD 是在较低温度下进行的，因为基材很脆弱，而且高温通常会导致生长速度不佳。

普渡大学研究人员通过

缩小晶体管推进半导体设计

在最近发表在Nature Electronics上的一项研究中，Purdue 的研究人员报告了高性能氧化铟晶体管，其沟道长度低至 40nm，在 0.7 V 的低漏源电压下具有 2.0 A/mm 的高漏极电流。感谢ALD，沟道厚度缩小到 1nm，等效氧化物厚度 (EOT) 为 2.1nm。由于低沟道厚度，晶体管表现出对短沟道效应的免疫力。

开发的晶体管的栅极包括：

栅极金属：40nm镍

栅介质：5nm氧化铪

半导体通道：1/1.2/1.5nm氧化铟

源极和漏极触点：80nm 镍

据研究人员称，基于氧化铟的器件是有前途的 BEOL 兼容器件，因为它们具有高电流密度和对短沟道效应的出色免疫能力。他们进一步报告说，设备性能仍有空间推动进一步的扩展和工艺优化。

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