據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月23日(北京時(shí)間)報(bào)道,美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家成功地將厚度僅為10納米的超薄半導(dǎo)體砷化銦層集成在一個(gè)硅襯底上,制造出一塊納米晶體管,其電學(xué)性能優(yōu)異,在電流密度和跨導(dǎo)方面也表現(xiàn)突出,可與同樣尺寸的硅晶體管相媲美。該研究結(jié)果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。
盡管硅擁有很多令人驚奇的電子特性,但這些特性已經(jīng)快被利用到極限,科學(xué)家一直在尋找能替代硅的半導(dǎo)體材料,以制造未來(lái)的電子設(shè)備。伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)分部的首席科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授艾里·杰維表示,最新的研究證明,半導(dǎo)體家族Ⅲ—Ⅴ族化合物中的一個(gè)成員砷化銦具有超強(qiáng)的電子遷移率和電子遷移速度,可以成為性能優(yōu)異的“硅替身”,用于制造未來(lái)低能耗、高速率的電子設(shè)備。
一直以來(lái)研究人員面臨的挑戰(zhàn)是如何將Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體同現(xiàn)有的生產(chǎn)硅基設(shè)備的低成本處理技術(shù)相結(jié)合,因?yàn)楣韬廷?mdash;Ⅴ族化合物半導(dǎo)體之間存在著巨大的晶格失配度,讓這些化合物半導(dǎo)體直接在硅襯底上進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)面臨著巨大挑戰(zhàn),并可能導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)大量缺陷。
杰維表示,他們使用了一種外延轉(zhuǎn)移方法,通過(guò)絕緣體上化合物半導(dǎo)體(XOI)平臺(tái),將超薄的單晶砷化銦層轉(zhuǎn)移到硅/二氧化硅襯底上,然后用傳統(tǒng)的處理技術(shù)制造出了該晶體管設(shè)備。研究表明,該XOI技術(shù)平臺(tái)與絕緣體上覆硅(SOI)工藝一樣。
為了制造出XOI平臺(tái),杰維團(tuán)隊(duì)在一個(gè)初級(jí)源襯底上種植了單晶砷化銦薄膜(其厚度為10納米到100納米),接著采用石板印刷的方式將薄膜蝕刻成有序的納米帶陣列,再用濕法刻蝕技術(shù)將該納米帶陣列從源襯底上移走,最后使用沖壓工藝將其轉(zhuǎn)移到硅/二氧化硅襯底上。
杰維認(rèn)為,砷化銦化合物半導(dǎo)體薄層的尺寸非常小,再加上量子局限效應(yīng)讓該材料的帶狀結(jié)構(gòu)和傳輸性能相協(xié)調(diào),因此,所得到的半導(dǎo)體具有優(yōu)異的電學(xué)性能。盡管他們僅僅使用了砷化銦,但該技術(shù)應(yīng)該同樣適用于其他Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體。
杰維表示,新技術(shù)可以直接將高性能的光電二極管、激光二極管以及發(fā)光二極管集成在傳統(tǒng)的硅襯底上,下一步他們將研究該過(guò)程是否可以擴(kuò)展來(lái)制造8英寸和12英寸芯片,而且該技術(shù)應(yīng)該能使科學(xué)家在同一塊芯片上制造出P型和N型半導(dǎo)體。該技術(shù)的獨(dú)特性還在于,它使科學(xué)家能夠研究?jī)H幾個(gè)原子層厚的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的屬性。
電子設(shè)備外殼與內(nèi)部組件一樣重要。它可以保護(hù)組件免受環(huán)境危害和污染物的影響,同時(shí)可能確保設(shè)備符合人體工程學(xué)和美觀。
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