西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展

西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展 该工作报道一种新型晶体管器件技术，将电阻阈值开关与垂直晶体管进行集成，实现了兼具超陡亚阈值摆幅与高集成密度潜力的垂直沟道晶体管，电流开关比超过8个数量级且室温亚60mV/dec电流范围超过6个数量级，为后摩尔时代高性能晶体管技术提供了一种新的器件方案。随着集成电路制造工艺下探亚5纳米技术节点，传统的晶体管尺寸微缩路线无法像过去一样使能“器件-芯片”性能提升与成本控制。在此背景下，学术界与工业界近年来提出多种创新器件技术，以期克服常规MOSFET的技术局限。其中，三星、IBM、欧洲微电子中心（IMEC）等国际研发机构推出了垂直输运场效应晶体管（vertical-transport field-effect transistor, VTFET）器件技术。通过将电流方向从传统MOSFET的平面方向转换为垂直方向，该器件结构有望在芯片上垂直构造晶体管，从而大幅降低器件占有空间，提高集成密度。受此启发，西电研究团队采用超薄二维异质结构造VTFET半导体沟道并与电阻阈值开关（TS）垂直集成，实现超陡垂直晶体管（TS-VTFET）。这一器件技术借助超薄二维半导体出色的静电调控，大幅提升器件栅控能力；同时，借助电阻阈值开关的电压控制“绝缘-导电”相变特性，该器件的室温亚阈值摆幅达到1.52mV/dec，远低于常规MOSFET室温亚阈值摆幅高于60mV/dec的理论极限。此外，在发表的概念验证工作中，研究团队制备的超陡垂直晶体管表现出强大性能，包括电流开关比高于8个数量级、亚60mV/dec电流区间超过6个数量级、漏电流小于10fA等，为后摩尔时代高性能低功耗晶体管技术提供了一种新的方案。 ... PC版： 手机版：

韩国研究团队开发出一种亚纳米晶体管的生长方法

韩国研究团队开发出一种亚纳米晶体管的生长方法 半导体器件的尺寸取决于栅电极的宽度和效率。由于光刻技术的限制，目前的制造工艺无法将栅极长度控制在几纳米以下。为了解决这个问题，研究小组使用二硫化钼的镜像孪生边界（MTB）作为栅极电极，这种1D金属的宽度只有0.4纳米。IBS 团队通过在原子水平上改变二维半导体的晶体结构，实现了一维 MTB 金属相。国际器件与系统路线图（IRDS）预测，到2037年，半导体技术将达到约0.5纳米，晶体管栅极长度将达到12纳米。研究团队的晶体管显示，其沟道宽度小至 3.9 纳米，超过了这一预测。基于 1D MTB 的晶体管在电路性能方面也具有优势。与当前一些在高度集成电路中面临寄生电容问题的技术（FinFET 或 GAA）不同，这种新型晶体管由于结构简单、栅极宽度小，可以最大限度地减少此类问题。 ... PC版： 手机版：

可重构晶体管可通过编程执行不同功能

可重构晶体管可通过编程执行不同功能 研究人员解释说，射频晶体管是电子电路和芯片设计技术的重大突破。可编程晶体管使用的材料与半导体工业使用的材料相同，即硅和锗，它们可以显著改善功耗和能效。传统的晶体管开发包括化学掺杂，这是一种用外来原子"污染"半导体材料的技术。掺杂过程决定了电流的流动方向，一旦晶体管被制造出来就无法改变。射频晶体管用静电掺杂取代了化学掺杂，这是一种不会永久改变半导体材料化学结构的新方法。一旦电场取代了"复杂而昂贵"的化学掺杂过程，晶体管就可以动态地重新配置，以执行不同的逻辑运算。维也纳工业大学教授沃尔特-韦伯（Walter M. Weber）说，重配置工作在"基本开关单元"，而不是将信息路由到固定的功能单元。韦伯补充说，这种方法对于构建未来的可重构计算和人工智能应用"大有可为"。研究人员于 2021 年开发出了 RFET 基本技术，现在他们已经证明可重写晶体管可用于构建芯片中的所有基本逻辑电路。最近发表的研究报告展示了一种反相器、NAND/NOR 和 XOR/XNOR 门，它们能够在运行时动态切换工作模式。静电掺杂所需的额外栅极需要占用空间，这意味着 RFET 并不像标准 CMOS 晶体管那么小。新的可编程晶体管不可能很快取代固定晶体管，但它们可以共存，并为某些灵活性至关重要的计算应用提供动力。研究人员解释说，RFET 的可重构特性可以减少逻辑电路所需的晶体管总数。更少的晶体管意味着制造芯片所需的空间更小，功耗也会降低。通过切换单个晶体管或整个电路的极性，单个电路可以提供多种功能。 ... PC版： 手机版：

研究：新方法有望制造性能更好的低成本光电材料

研究：新方法有望制造性能更好的低成本光电材料 一项新发表在英国《自然》期刊上的国际研究表明，用一种新方法对半导体材料氧化亚铜进行“扭曲”后，发现其捕获光能后转化为可用电能的性能提升70%。这种方法有望制造性能更好的低成本光电材料。 新华社报道，铜氧化物是价格低廉、储量丰富的半导体材料，具有良好的导电性和光学性能，可用于制造太阳能电池、光电器件、传感器等。铜氧化物虽然在捕捉阳光并将其转化为电荷方面相当有效，但容易丢失电荷，材料性能有限。 研究人员说，他们发现电荷在这种半导体材料中沿着对角线方向移动时，比沿着表面或边缘移动要远得多，而能让电荷移动得更远就意味着材料性能更好。 为优化这种低成本材料的性能，研究人员利用薄膜沉积技术，在常温常压下制备出高质量的氧化亚铜晶体薄膜，通过精确控制晶体的生长和流速，使晶体的生长方向“扭向”对角线方向，并观察晶体的生长方向如何影响电荷在材料中的有效移动。 他们发现，对这种新技术制造的氧化亚铜光电阴极的测试表明，与现有的电沉积氧化物制成的光电阴极相比，性能提高70%以上，同时晶体薄膜稳定性也显著提升。 2024年5月5日 1:55 PM

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法 研究人员已经证明，一种特定类型的氧化物膜可以比块体晶体更有效地限制红外光，这对下一代红外成像技术具有重要意义。这些薄膜膜在压缩波长的同时保持所需的红外频率，从而实现更高的图像分辨率。研究人员利用过渡金属钙钛矿材料和先进的同步加速器近场光谱，表明这些膜中的声子极化子可以将红外光限制在其波长的 10% 以内。这一突破可能带来光子学、传感器和热管理领域的新应用，并可能轻松集成到各种设备中。图片来源：北卡罗来纳州立大学 Yin Liu“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Yin Liu 说道。“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的 10% 以内，同时保持其频率 - 这意味着波长循环所需的时间相同，但波峰之间的距离要近得多。块状晶体技术将红外光限制在其波长的 97% 左右。”“这种行为以前只是理论上的，但我们能够通过我们制备薄膜膜的方式和我们对同步加速器近场光谱的新用途首次在实验中证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授 Ruijuan Xu 说道。为了这项工作，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长出 100 纳米厚的钛酸锶 (SrTiO3) 晶体膜。这种薄膜的晶体结构质量很高，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从生长它们的基底上取下，并放置在硅基底的氧化硅表面上。研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光时对其进行同步近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米级捕捉到材料与红外光的相互作用。要了解研究人员学到了什么，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。可以把声子看作是声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是准粒子，当红外光子与“光学”声子（即可以发射或吸收光的声子）耦合时就会产生。“理论论文提出了这样一种观点，即过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光，”刘说。“而我们的工作现在表明，声子极化子确实限制了光子，并且还阻止光子超出材料表面。这项工作建立了一类用于控制红外波长光的新型光学材料，在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用，想象一下，能够设计出使用这些材料通过将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种各样的基底集成，”徐说。“这应该可以轻松地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展

中国在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展 中国华中科技大学的材料成形与模具技术全国重点实验室教授翟天佑团队，在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展，研制了一种具有边缘接触特征的新型二维浮栅晶体管器件，与现有商业闪存器件性能对比，其擦写速度、循环寿命等关键性能均有提升。 新华社星期一（9月18日）报道上述消息。 浮栅晶体管作为一种电荷存储器，是构成当前大容量固态存储器发展的核心元器件。然而，当前商业闪存内硅基浮栅存储器件所需的擦写时间约在10微秒至1毫秒范围内，远低于计算单元CPU纳秒级的数据处理速度，且其循环耐久性约为10万次，也难以满足频繁的数据交互。 二维材料具有原子级厚度和无悬挂键表面，在器件集成时可有效避免窄沟道效应和界面态钉扎等问题，是实现高密度集成、高性能闪存器件的理想材料。不过，在此前的研究中，其数据擦写速度多异常缓慢，鲜有器件可同时实现高速和高循环耐久性。 根据新华社，面对这一挑战，翟天佑团队研制了一种具有边缘接触特征的新型二维浮栅晶体管器件，通过对传统金属-半导体接触区域内二硫化钼进行相转变，使其由半导体相（2H）向金属相（1T）转变，使器件内金属-半导体接触类型由传统的3D/2D面接触过渡为具有原子级锐利界面的2D/2D型边缘接触，实现了擦写速度在10纳秒至100纳秒、循环耐久性超过300万次的高性能存储器件。 报道引述翟天佑说：“通过对比传统面接触电极与新型边缘接触，该研究说明了优化制备二维浮栅存储器件内金属-半导体接触界面对改善其擦写速度、循环寿命等关键性能有重要作用。”