后摩尔时代晶体管：新兴材料与尺寸极限

在后摩尔时代,大规模半导体集成电路对功耗和集成密度的要求使得晶体管器件的开发需要在"材料、制程、结构"三个维度同步推进。文章详细梳理了近年来涌现的新兴低维半导体材料及异质结构,包括碳纳米管、过渡族金属硫属化合物、黑磷、碲烯和一维/二维范德华异质结等,并对其电学物理特性进行了深入的讨论,同时总结了这些材料在14nm工艺节点以下超短沟道晶体管和新结构晶体管器件方面的最新进展,最后从材料角度对半导体逻辑器件的进一步发展指出方向。     

后摩尔时代晶体管：新兴材料与尺寸极限

在后摩尔时代，大规模半导体集成电路对功耗和集成密度的要求使得晶体管器件的开发需要在“材料、制程、结构”三个维度同步推进。文章详细梳理了近年来涌现的新兴低维半导体材料及异质结构，包括碳纳米管、过渡族金属硫属化合物、黑磷、碲烯和一维/二维范德华异质结等，并对其电学物理特性进行了深入的讨论，同时总结了这些材料在14 nm工艺节点以下超短沟道晶体管和新结构晶体管器件方面的最新进展，最后从材料角度对半导体逻辑器件的进一步发展指出方向。     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

电子时代的奠基人和两次诺贝尔物理学奖获得者——巴丁

1997年12月和1998年1月是晶体管发明50周年.晶体管的发明打开了电子明代的大门,50年代未集电路、大规模集成电路乃至超大规模集成电路的研制成功,使计算机得到了极大的发展和提高.当今信息产业已成为世界的主导产业,而信息产业的基础可以说晶体管,所以晶体管的发明意义不亚于工业革命.晶体管的发明者之一——J.巴丁是一位固体理论物理学家,正是由于他在晶体管研制过程中,从理论上提出了表面态理论,开辟了研究方向的新思路,最终导致了晶体管的发明,十年后他又因提出超导性理论,第二次没荣获诺贝尔物理学奖.     

晶体管之后又发明了哪些半导体器件?

晶体管问世以后,各种类型的半导体器件相继出现.大量新效应新机理的成功应用,使得半导体器件成为包含许多种类、具有广泛影响的一代电子功能器件,而进入人类生活的舞台.在晶体管发明之后又发明了哪些半导体器件呢?请看下面的介绍.     

垂直氮化镓功率晶体管及其集成电路的发展状况

氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一,因其优越的性能,例如高电子迁移率、高电子饱和速率、耐高温及高热导率等优点吸引了越来越多的关注.也正是因为这些优点,垂直氮化镓功率晶体管在未来的电力电子领域中具有很大的发展和广泛的应用前景.本文列出了氮化镓材料和其他半导体材料主要的物理参数、氮化镓单晶制备及其外延生长的主要方法,阐述了氮化镓功率器件在目前环境下的优势.针对器件结构,列出了横向器件本身存在的问题和垂直器件的优点,解释了垂直器件为何能够成为未来功率器件的主流结构.在此基础上,详细介绍了氮化镓电流孔径垂直晶体管、垂直氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管、基于原位氧化物氮化镓夹层的垂直沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管和垂直氮化镓鳍式场效应晶体管的结构、工作原理、研究进展及所存在的一些问题,并将文中所提及的垂直氮化镓功率晶体管的性能参数按器件种类和时间顺序进行归纳为未来氮化镓功率晶体管的发展提出了大致的方向.针对集成电路系统,归纳了氮化镓功率器件在驱动芯片方面的特殊要求和关键技术.最后,针对当下的市场环境,列举了垂直氮化镓功率晶体管在中、低压范围内比较热门且发展前景较好的应用场景.     

半导体材料研究的进展(一)

一百多年前,人们把一类电阻率介于金属和绝缘体之间的物质称作半导体.那时分类的依据并不严格,对这类物质的应用前景也很模糊.在三十年代,量子力学被应用到固体现象后,对半导体才有较严格的了解.四十年代末,用锗制作的晶体管试验成功,电子学学科开始发生了深刻的变革,半导体科学技术得到了广泛应用.近二十多年来,半导体科学技术有了巨大的发展,同时逐步形成了半导体材料研究这样一个综合的半导体研究领域.它包括物理、化     

需要寻找新型半导体材料

世界上具有半导体性质的物质的种类非常多,但是已經在半导体技术上得到广泛应用的却只有极少数的几种。是不是說这极少数的几种半导体已经令人非常滿意了呢?不是的。例如制造晶体管时最常使用的锗,它就是一种希有元素,提取起来很是费事。又例如另一种在制造晶体管时大量使用的元素硅,它虽然到处都有,然而提純又很不容易。当然,锗和硅的性能都很好,但是在使用上都有一定的限制。由此可見,为了滿足今后对半导体材料愈来愈广的需要,我們必須侭可能地去探寻一些丰产的、易于提纯的、具有各种特殊性能的半导体材料。     

有机场效应晶体管研究和应用进展

近两年来，以有机聚合物和小分子为半导体材料的有机场效应晶体管取得了突破性的进展，其性能已能与无定形硅器件相媲美。概述了作为有机场效应晶体管的有机半导体材料研究状况，以及几种目前最有发展潜力的有机场效应管制备技术，并扼要介绍了有机场效应晶体管在各个领域中的最新应用。     

日本大力开展新一代集成电路的研制

日本的首席半导体专家西泽仁一(Jun-ichi Nishizawa)决心从1986年起成批生产一种新型晶体管。他声称这种晶体管的工作速度比现有的晶体管快1000倍。这项研究是在日本政府的资助下进行的。政府对这项发明将获得成功这一点充满信心,因而它提出了一项规划以制造能成批生产这种小元件的机器。研制这些新型晶体管及制造其生产机器的工作都属于一个称为“艾雷托”(ERATO,系exploratory research for advanced technology的缩字词)的计划。这     

二维半导体材料的生长和光电性能研究

二维过渡金属硫族化合物纳米材料由于是不同带隙的半导体,同时有些在地球上储量丰富,受到人们广泛的关注.在本文中,介绍了用于二维材料场效应晶体管制备的光刻图形转移技术.该方法可以低成本、简单、有效地获得晶体管,同时对二维材料的损伤较小,可以获得高性能的二维材料晶体管;其次,介绍了Co掺杂MoS_2双层纳米片的生长及电学输运研究,可以通过控制生长过程中硫的浓度来改变纳米片的形貌,随着温度的升高,最终可以获得CoS_2/MoS_2六边形结构,电学测试表明Co掺杂MoS_2双层纳米片显n型,而CoS_2/MoS_2六边形结构具有很高的电导率;还介绍了垂直双层SnS_2/MoS_2异质结的气相生长及光电性能研究,这种异质结具有很大的带阶,能带结构呈现Ⅱ型,在异质结区域,出现了强烈的光致发光谱淬灭,这种异质结与相应的单体材料相比,具有增强的光电性能.最后,对二维材料的未来研究进行一些展望.     

评《压电电子学与压电光电子学》

随着集成电路的集成度越来越高, 晶体管的尺寸越来越小, 特别是当器件中最小线宽趋于10 nm时, 将会出现一系列由量子效应引起的新的效应. 另外从工艺上讲, 器件线宽越小, 大规模工业化市场的成本将大幅增加. 因此终究有一天摩尔定律会遇到瓶颈甚至失效. 人们已经在探讨摩尔定律以后的电子学将向什么方向发展, 并把希望寄托在纳米电子学上, 认为由纳米科学发现的一些新材料, 如碳纳米管、石墨烯、半导体量子点、量子线等是最有可能的下一代微电子学的基础材料. 由它们制成的微电子器件工作原理已经不再是经典的输运理论, 而是需要考虑量子力学效应, 以及由此而产生的介观输运理论, 甚至量子波导理论. 目前由这些材料制成的单个晶体管已经显示出优越的性能, 但关键的障碍在于集成, 还找不到一种能与目前大规模集成电路相比拟的方法来集成纳米晶体管.     

有机太阳能电池

地球上的能源——煤炭、石油、天然气等正在惊人地消耗着,发达国家对能源的需求量日益增长,解决能源危机是当今世界上重要的问题.太阳能的利用便是解决能源危机的一种途径. 太阳能龟池是利用半导体材料的光生伏特效应把太阳能直接转换成电能的一种半导体器件.制造太阳能电池的半导体材料,传统的是用无机材料,如硅、硫化镉、砷化镓等.用这些材料制造的器件,其工艺复杂、成本昂贵.目前,为了提高转换效率及降低成本,开展着极为广泛的研究探索工作.据“第五     

基于0.5μm标准CMOS工艺的新型Λ负阻器件

介绍了一种新型的I-V特性为Λ型的负阻器件(negative resistance device,NRT),该器件使用上华0.5μm标准互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor transistor,CMOS)工艺制造.为节省器件数目,此类负阻器件并不调用上华工艺库中现有的标准元件模型,而是将一个金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)和一个双极晶体管(bipolar junction transistor,BJT)制作在相同的n阱中,利用p型基区层作为MOSFET的衬底,从而将两个器件合二为一.NRT拥有较低的谷值电流-6.8217nA和较高的电流峰谷比(peak-to-valley current ratio,PVCR)为3591.器件的峰值电流较小,为-24.4986μA,意味着较低的功耗.该负阻器件的平均负阻阻值为32kΩ.不同于近年来的大多数负阻器件,本器件制作于硅材料衬底上而非化合物材料衬底.因而能够与主流CMOS工艺兼容.新型NRT功...     

半导体超晶格与量子微结构研究30年

半导体超晶格与量子阱系指对电子具有一维量子限制作用的多层超薄异质结人工材料,量子微结构泛指对电子具有二维和三维量子约束性质的量子线与量子点介观系统.这类低维体系的研究是近30年来半导体科学技术中,尤其是半导体物理学领域内一个发展最迅速的活跃前沿.它的研究兴起,不仅对信息科学技术,而且对低维物理、材料科学以及纳米技术的发展,正在产生着革命牲的影响.本文着重回顾与评述了30年来半导体超晶格与量子微结构在材料生长工艺、体系维度变化、物理效应产生以及新型器件应用等方面所取得的一系列重大进展,并对其在21世纪的发展作了初步展望.     

历史

<正>1958年9月10日,美国物理学家基尔比发明了集成电路。集成电路是一种微型电子器件或部件,是采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和和高可靠性方面迈进了一大步。在基尔比发明基于硅的集成电路的同     

相对论电子学

电子物理学是一门古老的学科,从阴极射线的发现算起已有整整100余年的历史了.本世纪初发明了真空电子管,揭开了人类应用电子技术的序幕.四十年代后期,晶体管的发明使电子技术进入了新的一代.随着高压和强流电子束技术的发展,从七十年代开始,电子物理学的一个新的分支——相对论电子学逐步形成了.广义地说,电子以相对论性速率运动时所出现的一切物理现象都是相对论电子学的研究     

有机半导体薄膜的有序化及其器件应用

近些年来,有机薄膜场效应晶体管(OTFTs)得到了快速的发展,但是载流子在薄膜中的传输机理以及如何有效地通过控制有机半导体层的形貌来构筑高性能的有机薄膜晶体管器件仍然是当前研究的难点.本文从有机共轭小分子半导体材料出发概述了通过不同的加工方式来优化和改善其薄膜的有序性,从而进一步提高载流子在半导体层的传输特性及其场效应性能,为制备高性能的有机半导体薄膜器件提供了新的视角和途径.     

Mn~(2+)离子掺杂的纳米尺寸ZnS半导体超微粒的制备和光学性质

近年来纳米尺寸半导体超微粒的合成和光学性质研究引起了人们广泛的关注,并迅速发展成非常活跃的研究领域.各种半导体(如Ⅱ～Ⅵ族的CdS,ZnS,Ⅲ～Ⅴ族的GaP,GaAs等)超微粒被制备在聚合物、有机溶液和玻璃等介质中.伴随着微粒尺寸的减小,显著的量子尺寸效应和由之引起的各种光学性质变化在这些材料中得到了系统的研究,量子尺寸效应和各种非线性响应增强机制的理论和实验工作也日趋完善.但是,这些工作仅限于研究半     

Moore定律还会继续有效吗?

1965年Moore根据1961年第一块集成电路(IC)发明之后的5年内,IC中晶体管数目增加的事实,发现晶体管的数目每隔两年就翻一番的规律,后来这一规律被人称之为Moore定律.38年来,在科学技术不断发展的背景下,Moore定律得到了验证和支持.为了让这种情况能够继续下去,人们现在就在进行着超前研究.描述和分析了Moore定律继续下去的困难,以及可以克服的原因.