Transistor semikonduktor kompaun kecil boleh mencabar penguasaan silikon

Transistor semikonduktor kompaun kecil boleh mencabar penguasaan silikon

Jenis Artikel: Berita industri Daripada: Microelectronics International, Jilid 30, Isu 2

Penyelidik MIT membangunkan transistor indium gallium arsenide terkecil yang pernah dibina

Mahkota silikon berada di bawah ancaman: zaman semikonduktor sebagai raja cip mikro untuk komputer dan peranti pintar boleh dinomborkan, terima kasih kepada pembangunan transistor terkecil yang pernah dibina daripada bahan saingan, indium gallium arsenide.

Transistor kompaun, yang dibina oleh pasukan di Makmal Teknologi Microsystems MIT, berfungsi dengan baik walaupun panjangnya hanya 22 nm (persejuta meter). Ini menjadikannya calon yang menjanjikan untuk akhirnya menggantikan silikon dalam peranti pengkomputeran, kata pembangun bersama Jesús del Alamo, Profesor Sains Donner di Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains Komputer (EECS) MIT, yang membina transistor dengan pelajar siswazah EECS Jianqian Lin dan Dimitri Antoniadis, Profesor Kejuruteraan Elektrik Ray dan Maria Stata.

Untuk seiring dengan permintaan kami untuk peranti pengkomputeran yang lebih pantas dan lebih pintar, saiz transistor sentiasa mengecil, membolehkan peningkatan bilangannya diperah pada cip mikro. "Semakin banyak transistor yang anda boleh bungkus pada cip, semakin berkuasa cip itu, dan lebih banyak fungsi yang akan dilakukan oleh cip itu," kata del Alamo.

Tetapi apabila transistor silikon dikurangkan kepada skala nanometer, jumlah arus yang boleh dihasilkan oleh peranti juga mengecut, mengehadkan kelajuan operasinya. Ini telah menyebabkan kebimbangan bahawa Undang-undang Moore - ramalan oleh pengasas Intel Gordon Moore bahawa bilangan transistor pada mikrocip akan berganda setiap dua tahun - mungkin akan berakhir, kata del Alamo.

Untuk memastikan Undang-undang Moore hidup, para penyelidik telah lama menyiasat alternatif kepada silikon, yang berpotensi menghasilkan arus yang lebih besar walaupun beroperasi pada skala yang lebih kecil ini. Salah satu bahan tersebut ialah kompaun indium gallium arsenide, yang telah digunakan dalam komunikasi gentian optik dan teknologi radar, dan diketahui mempunyai sifat elektrik yang sangat baik, kata del Alamo. Tetapi di sebalik kemajuan baru-baru ini dalam merawat bahan untuk membolehkannya dibentuk menjadi transistor dengan cara yang serupa dengan silikon, tiada siapa yang masih dapat menghasilkan peranti yang cukup kecil untuk dibungkus dalam jumlah yang lebih besar ke dalam cip mikro esok.

Kini del Alamo, Antoniadis dan Lin telah menunjukkan kemungkinan untuk membina transistor kesan medan semikonduktor logam-oksida bersaiz nanometer (MOSFET) - jenis yang paling biasa digunakan dalam aplikasi logik seperti mikropemproses - menggunakan bahan tersebut. "Kami telah menunjukkan bahawa anda boleh membuat MOSFET indium gallium arsenide yang sangat kecil dengan ciri logik yang sangat baik, yang menjanjikan untuk mengambil Hukum Moore di luar jangkauan silikon," kata del Alamo.

Transistor terdiri daripada tiga elektrod: pintu, sumber dan longkang, dengan pintu mengawal aliran elektron antara dua yang lain. Oleh kerana ruang dalam transistor kecil ini sangat ketat, ketiga-tiga elektrod mesti diletakkan dalam jarak yang sangat dekat antara satu sama lain, tahap ketepatan yang mustahil untuk dicapai oleh alat yang canggih sekalipun. Sebaliknya, pasukan membenarkan pintu untuk "menjajarkan sendiri" antara dua elektrod yang lain.

Para penyelidik mula-mula mengembangkan lapisan nipis bahan menggunakan epitaksi rasuk molekul, satu proses yang digunakan secara meluas dalam industri semikonduktor di mana atom-atom indium, galium dan arsenik yang tersejat bertindak balas antara satu sama lain dalam vakum untuk membentuk sebatian kristal tunggal. Pasukan itu kemudiannya mendepositkan lapisan molibdenum sebagai sumber dan logam sentuhan longkang. Mereka kemudian "melukis" corak yang sangat halus pada substrat ini menggunakan pancaran elektron terfokus - satu lagi teknik fabrikasi yang mantap dikenali sebagai litografi pancaran elektron.

Kawasan bahan yang tidak diingini kemudiannya terukir dan oksida pintu dimendapkan ke celah kecil. Akhirnya, molibdenum yang tersejat ditembakkan di permukaan, di mana ia membentuk pintu, terhimpit rapat antara dua elektrod lain, kata del Alamo. "Melalui gabungan etsa dan pemendapan kita boleh mendapatkan pintu yang terletak [di antara elektrod] dengan celah kecil di sekelilingnya," katanya.

Walaupun banyak teknik yang digunakan oleh pasukan telah digunakan dalam fabrikasi silikon, ia hanya jarang digunakan untuk membuat transistor semikonduktor kompaun. Ini sebahagiannya kerana dalam aplikasi seperti komunikasi gentian optik, ruang kurang menjadi isu. "Tetapi apabila anda bercakap tentang mengintegrasikan berbilion-bilion transistor kecil ke dalam cip, maka kita perlu merumus sepenuhnya teknologi fabrikasi transistor semikonduktor kompaun untuk kelihatan lebih seperti transistor silikon," kata del Alamo.

Langkah seterusnya adalah untuk meningkatkan lagi prestasi elektrik - dan seterusnya kelajuan - transistor dengan menghapuskan rintangan yang tidak diingini dalam peranti. Sebaik sahaja mereka mencapai ini, mereka akan cuba mengecilkan lagi peranti, dengan matlamat utama untuk mengurangkan saiz transistor mereka kepada di bawah 10 nm panjang pintu.

Penyelidikan ini dibiayai oleh DARPA dan Perbadanan Penyelidikan Semikonduktor.

 

sumber: Transistor semikonduktor kompaun kecil boleh mencabar penguasaan silikon | Emerald Insight

Translate »