Крошечный составной полупроводниковый транзистор может бросить вызов доминированию кремния
Крошечный составной полупроводниковый транзистор может бросить вызов доминированию кремния
Тип статьи: Новости отрасли Из: Microelectronics International, том 30, выпуск 2
Исследователи Массачусетского технологического института разработали самый маленький транзистор из арсенида индия-галлия из когда-либо созданных
Корона кремния находится под угрозой: дни полупроводников как короля микрочипов для компьютеров и интеллектуальных устройств могут быть сочтены благодаря разработке самого маленького транзистора, когда-либо созданного из конкурирующего материала, арсенида индия-галлия.
Составной транзистор, созданный командой из Лаборатории технологий микросистем Массачусетского технологического института, работает хорошо, несмотря на то, что его длина составляет всего 22 нм (миллиардные доли метра). Это делает его многообещающим кандидатом на замену кремния в вычислительных устройствах, говорит один из разработчиков Хесус дель Аламо, профессор Доннера на факультете электротехники и компьютерных наук (EECS) Массачусетского технологического института, который создал транзистор вместе с аспирантом EECS Цзяньцяном Линем. и Димитри Антониадис, профессор электротехники Рэя и Марии Стата.
Чтобы не отставать от нашего спроса на все более быстрые и умные вычислительные устройства, размеры транзисторов постоянно уменьшаются, что позволяет втиснуть все большее их количество в микрочипы. «Чем больше транзисторов вы сможете разместить на чипе, тем мощнее будет чип и тем больше функций он будет выполнять», — говорит дель Аламо.
Но по мере того, как кремниевые транзисторы уменьшаются до нанометрового масштаба, количество тока, которое могут производить устройства, также уменьшается, что ограничивает их скорость работы. Это привело к опасениям, что Закон Мура — предсказание основателя Intel Гордона Мура о том, что количество транзисторов в микрочипах будет удваиваться каждые два года — может вот-вот перестать действовать, говорит дель Аламо.
Чтобы сохранить закон Мура, исследователи в течение некоторого времени изучают альтернативы кремнию, которые потенциально могут производить больший ток даже при работе в таких меньших масштабах. Одним из таких материалов является арсенид индия-галлия, который уже используется в волоконно-оптической связи и радиолокационных технологиях и, как известно, обладает чрезвычайно хорошими электрическими свойствами, говорит дель Аламо. Но, несмотря на недавние успехи в обработке материала, позволяющие превращать его в транзистор подобно кремнию, никому еще не удавалось производить устройства, достаточно маленькие, чтобы их можно было упаковать во все большем количестве в микрочипы завтрашнего дня.
Теперь дель Аламо, Антониадис и Лин продемонстрировали, что с использованием этого материала можно построить металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) нанометрового размера — тип, наиболее часто используемый в логических приложениях, таких как микропроцессоры. «Мы показали, что можно создавать очень маленькие полевые МОП-транзисторы на основе арсенида индия и галлия с превосходными логическими характеристиками, что обещает вывести закон Мура за пределы досягаемости кремния», — говорит дель Аламо.
Транзисторы состоят из трех электродов: затвора, истока и стока, причем затвор управляет потоком электронов между двумя другими. Поскольку пространство в этих крошечных транзисторах очень мало, три электрода должны быть расположены очень близко друг к другу, а это уровень точности, которого невозможно достичь даже с помощью сложных инструментов. Вместо этого команда позволяет воротам «самовыравниваться» между двумя другими электродами.
Сначала исследователи выращивают тонкий слой материала с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии — процесса, широко используемого в полупроводниковой промышленности, при котором испаренные атомы индия, галлия и мышьяка реагируют друг с другом в вакууме, образуя монокристаллическое соединение. Затем команда наносит слой молибдена в качестве контактного металла источника и стока. Затем они «рисуют» чрезвычайно тонкий узор на этой подложке, используя сфокусированный пучок электронов — еще один хорошо зарекомендовавший себя метод изготовления, известный как электронно-лучевая литография.
Затем ненужные участки материала вытравливаются, а оксид затвора наносится на крошечный зазор. Наконец, испаренный молибден обжигают на поверхности, где он образует ворота, плотно зажатые между двумя другими электродами, говорит дель Аламо. «Благодаря сочетанию травления и осаждения мы можем расположить затвор [между электродами] с крошечными зазорами вокруг него», — говорит он.
Хотя многие из методов, применяемых командой, уже используются в производстве кремния, они лишь изредка используются для изготовления составных полупроводниковых транзисторов. Отчасти это связано с тем, что в таких приложениях, как оптоволоконная связь, пространство не так важно. «Но когда вы говорите об интеграции миллиардов крошечных транзисторов в чип, нам нужно полностью переформулировать технологию изготовления составных полупроводниковых транзисторов, чтобы они больше походили на кремниевые транзисторы», — говорит дель Аламо.
Их следующим шагом будет работа над дальнейшим улучшением электрических характеристик — и, следовательно, скорости — транзистора за счет устранения нежелательного сопротивления внутри устройства. Как только они достигнут этого, они попытаются еще больше уменьшить размер устройства с конечной целью уменьшить размер своего транзистора до менее 10 нм в длине затвора.
Исследование финансировалось DARPA и Semiconductor Research Corporation.
