世界各地的研究人員都在不斷尋找延長摩爾定律的新方法。現(xiàn)在，普渡大學(xué)的研究人員為此找到了另一種方法：將原子層沉積技術(shù)用于氧化銦基晶體管。

　　寬帶隙氧化物半導(dǎo)體在光電器件、平板顯示器、太陽能電池、OLED（有機發(fā)光二極管）和柔性透明電子產(chǎn)品中越來越受歡迎。這是因為這種獨特的半導(dǎo)體材料類別表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和光學(xué)透明度。

　　現(xiàn)在，普渡大學(xué)埃爾莫爾家族電氣與計算機工程學(xué)院的一組研究人員找到了一種使用氧化銦半導(dǎo)體和一種稱為原子層沉積的技術(shù)開發(fā)更小、性能更高的晶體管的方法。

　　這項研究如何在擴展未來晶體管技術(shù)方面擴展摩爾定律？

　　透明導(dǎo)電氧化物呈上升趨勢

　　為了探討這個問題，討論為什么氧化銦是普渡大學(xué)研究人員成功的關(guān)鍵因素可能是有用的。

　　氧化銦（In2O3）、氧化鋅和氧化鎘等氧化物半導(dǎo)體具有大的帶隙，因此在可見光范圍內(nèi)是透明的。因此，這些材料也被稱為透明導(dǎo)電氧化物 (TCO)。

　　如今，大多數(shù)晶體管都是基于硅的，硅材料的原子尺寸約為 0.2 納米。如果我們將晶體管的寬度縮小到幾納米以下，薄膜的導(dǎo)電性將可以忽略不計，并且無法處理高電流密度。另一方面，TCO 可以進行重摻雜以實現(xiàn)高導(dǎo)電性。它們的光學(xué)特性也可以通過調(diào)節(jié)載流子濃度來調(diào)節(jié)。此外，它們可以生長成薄膜和許多其他晶體結(jié)構(gòu)。

　　最近，對氧化銦半導(dǎo)體的研究越來越受到關(guān)注，因為它們可以應(yīng)用于后端（BEOL）兼容晶體管以進行三維集成。BEOL 是晶圓的第二部分，包括觸點、電介質(zhì)、金屬、用于互連器件（如晶體管、電容器和電阻器）的鍵合點。

　　原子層沉積

　　雖然In 2 O 3比其他氧化物半導(dǎo)體具有更高的電子遷移率，但是通過物理氣相沉積（PVD）方法沉積的In2O3薄膜會導(dǎo)致電性能不穩(wěn)定。由于它們的高電子密度，在零柵極偏壓下很難抑制漏極電流或截止電流。

　　原子層沉積 (ALD) 技術(shù)克服了在生成 In 2 O 3薄膜方面的這些限制。

　　ALD 可以將原子薄膜材料沉積到基板上。該技術(shù)涉及將基材表面暴露于交替的前體，即在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生另一種化合物的化合物。在 ALD 的每個交替循環(huán)中，前體與表面發(fā)生反應(yīng)。然后，它確保在使用表面上的所有反應(yīng)位點時反應(yīng)停止。

　　ALD 方法可以重復(fù)多次以獲得所需的薄膜厚度。通常，ALD 是在較低溫度下進行的，因為基材很脆弱，而且高溫通常會導(dǎo)致生長速度不佳。

　　普渡大學(xué)研究人員通過

　　縮小晶體管推進半導(dǎo)體設(shè)計

　　在最近發(fā)表在Nature Electronics上的一項研究中，Purdue 的研究人員報告了高性能氧化銦晶體管，其溝道長度低至 40nm，在 0.7 V 的低漏源電壓下具有 2.0 A/mm 的高漏極電流。感謝ALD，溝道厚度縮小到 1nm，等效氧化物厚度 (EOT) 為 2.1nm。由于低溝道厚度，晶體管表現(xiàn)出對短溝道效應(yīng)的免疫力。

　　開發(fā)的晶體管的柵極包括：

　　柵極金屬：40nm鎳

　　柵介質(zhì)：5nm氧化鉿

　　半導(dǎo)體通道：1/1.2/1.5nm氧化銦

　　源極和漏極觸點：80nm 鎳

　　據(jù)研究人員稱，基于氧化銦的器件是有前途的 BEOL 兼容器件，因為它們具有高電流密度和對短溝道效應(yīng)的出色免疫能力。他們進一步報告說，設(shè)備性能仍有空間推動進一步的擴展和工藝優(yōu)化。