3納米MoS2垂直晶體管問世

 近日，湖南大學研究團隊成功製備出了超短溝道的二硫化鉬（MoS2）垂直場效應晶體管（VFET），其厚度小至3納米，溝道長度約0.65納米，幾乎只有一個原子的大小，能在很大程度上提高芯片的性能。

溝道是指MOS管中源區和漏區之間的一薄半導體層。一般來說，溝道長度越短，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低，開關的速度越快。MOS管是指金屬氧化物半導體場效應晶體管。

3納米MoS2垂直晶體管問世圖片

然而，受短溝道效應、傳統高能金屬沉積技術、高精度光刻技術等因素限制，要想把溝道長度降低到10nm以下極爲困難。“功夫不負有心人”，現今湖南大學研究者總算把這個數值降到了0.65nm。

簡單來說，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作爲半導體溝道的薄層，然後將預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了晶體管器件的縮放極限，而且還保留二維半導體的晶格結構和固有特性，形成原子級別平整的金屬-半導體界面，以减少隧穿電流。

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研究表明，在垂直晶體管溝道長度爲0.65nm和3.6nm的情况下，仍可以實現26和1000的開關比，可見開關比性能提升了兩個數量級。雖然超短溝道使得開關比有所下降，但是低溫電學測試表明，這種晶體管仍保持了電子發射爲主導的特性。

另外，研究者還將這種方法應用于二硒化鎢、二硫化鎢等層狀半導體，都實現了3nm以下厚度的垂直場效應晶體管。該研究成果已以“Transferred van der Waals metal electrodes for sub-1-nm MoS2 vertical transistors”爲題發表在《Nature Electronics》上。

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