我國研發(fā)出世界首個半浮柵晶體管

2013年8月9日，由復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院張衛(wèi)教授領(lǐng)銜團隊研發(fā)的世界第一個半浮柵晶體管(SFGT)研究論文刊登于《科學(xué)》雜志，這是我國科學(xué)家首次在該權(quán)威雜志發(fā)表微電子器件領(lǐng)域的研究成果。該成果的研制將有助于我國掌握集成電路的核心技術(shù)，從而在國際芯片設(shè)計與制造領(lǐng)域內(nèi)逐漸獲得更多的話語權(quán)。

MOSFET(金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)是現(xiàn)在集成電路的核心器件。在過去的幾十年里，各國科學(xué)家努力將更多的MOSFET集成到一塊芯片上來提高運算能力，鉆研如何實現(xiàn)更小尺寸的元器件。張衛(wèi)表示，隨著器件尺寸越來越接近其物理極限，基于新結(jié)構(gòu)和新原理的晶體管成為當前業(yè)界急需。半浮柵晶體管的前瞻研發(fā)就是在這種情況下展開的。研究團隊將隧穿場效應(yīng)晶體管(TEET)和MOSFET相結(jié)合，構(gòu)建成了一種名為“半浮柵”的新型基礎(chǔ)器件。

論文第一作者王鵬飛教授解釋說，“隧穿”是量子世界的常見現(xiàn)象，可以“魔術(shù)般”地通過固體，好像擁有了穿墻術(shù)。“隧穿”勢壘越低，相當于“墻”就越薄，器件隧穿所需電壓也就越低。把TFET和浮柵晶體管相結(jié)合，半浮柵晶體管(SFGT)的“數(shù)據(jù)”擦寫更加容易、迅速。“TFET為浮柵充放電、完成‘數(shù)據(jù)擦寫’的操作，‘半浮柵’則實現(xiàn)‘數(shù)據(jù)存放和讀出’的功能。”張衛(wèi)解釋說，傳統(tǒng)浮柵晶體管是將電子隧穿過禁帶寬度接近8.9電子伏特的二氧化硅絕緣介質(zhì)的“厚墻”，而半浮柵晶體管(SFGT)的隧穿則發(fā)生在禁帶寬度僅1.1電子伏特的硅材料內(nèi)，隧穿勢壘大為降低，這不僅降低了功率，而且其操作速度大幅提高，接近了由6個MOSFET組成的靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)。