堆叠GeSn纳米片晶体管技术进展详情：或获突破-国际电子商情

国立台湾大学 (NTU) 的一篇学生研究论文获得了半导体行业享有盛誉的 IEDM 2021 年 Roger A. Haken 最佳学生论文奖，展示了堆叠八个厚度小于 3nm 的 Ge 0.9 Sn 0.1超薄体的能力。这是台湾学生论文首次获此殊荣。

国立台湾大学 (NTU) 的一篇学生研究论文获得了半导体行业享有盛誉的 IEDM 2021 年 Roger A. Haken 最佳学生论文奖，展示了堆叠八个厚度小于 3nm 的 Ge _0.9 Sn _0.1超薄体的能力。这是台湾学生论文首次获此殊荣。SLZesmc

该论文的标题为“具有超薄体（~3nm）和厚体（~30nm）的高度堆叠的 8 Ge _0.9 Sn _0.1 Nanosheet pFET，具有分别为 1.4x10 7 的记录 I ON ^/_I OFF_和92μA 的记录 I _ON在 V _OV =V _DS = -0.5V，通过 CVD 外延和干法蚀刻”。它展示了第一个高度堆叠的 GeSn 纳米片晶体管。SLZesmc

通过CVD外延和高选择性各向同性干法刻蚀的相互优化，实现了厚度低至3nm的8层Ge _0.9 Sn _0.1_超薄体。GeSn/Ge 3D pFET在 V _DS = -0.05V 时创下了 1.4x10 7 的 I ON /I OFF 记录，这要归功于3nm ^GeSn超薄_体中_的量子限制降低了 I _OFF_。在用于厚纳米片的所有 GeSn/Ge 3D pFET 中，在 V _OV =V _DS = -0.5V 时，每个堆叠的I _ON_{创纪录达到}_92μA_。这 8 个堆叠通道是 pFET 中最高的。SLZesmc

IEEE IEDM 会议委员会表示，最佳论文的选择基于摘要的科学影响，并结合 IEDM 学生口头陈述的质量。SLZesmc

第一作者蔡重恩，博士。12 月 5 日，在国立台湾大学先进硅器件与工艺实验室接受培训的学生与他的同事和指导教授 Chee Wee Liu 一起在旧金山联合广场希尔顿酒店接受了颁奖。SLZesmc

Tsai 的论文展示了他们的实验结果，通过将高数量（八层）纳米片与锗的高迁移率沟道集成，Sn/锗三维 P 型晶体管实现了驱动电流 (I _ON ) 的世界纪录- Sn，并优化外延和刻蚀工艺，制备出厚度为3 nm的极薄通道。SLZesmc

此外，在VLSI 2022上，同一台NTU团队进一步展示了八层堆叠锗锡超薄沟道晶体管的世界纪录，平均沟道厚度为2.4 nm，亚阈值摆幅为64 mV/dec。平均沟道厚度为 2.4nm，亚临界振荡接近理想值 64mV/dec。仿真证明，极细沟道可以提高注入速度，减少本征栅极延迟，是短沟道器件的发展趋势。SLZesmc

Tsai在接受DIGITIMES的邮件采访时表示，对于自己的论文获得2021年IEDM最佳学生论文奖感到意外，因为历届获奖者均来自麻省理工学院、东京大学等国外顶尖学府。这是台湾大学首次获此殊荣。“我们感谢刘志伟教授的指导，感谢我们实验室同事的团队合作。感谢我们的家人和朋友的支持，以及所有帮助过我们的人。我们希望台湾继续引领世界半导体进步和增长，为所有人的美好生活做出贡献，”蔡英文说。SLZesmc

团队顾问、台湾大学先进硅器件与制程实验室执行长、特聘教授刘志伟为自己的学生感到自豪，并以“永不放弃梦想”的座右铭鼓励学生！” 刘告诉DIGITIMES，他对实验室学生的基本要求是正直、负责、团队合作和热爱研究。SLZesmc

国际电子器件会议 (IEDM) 由电气和电子工程师协会 (IEEE) 的电子器件协会 (EDS) 主办，每年 12 月在美国举行，是世界领先的技术突破科学技术论坛在半导体和电子设备技术、设计、制造、物理和建模方面。IEDM 是一个领先的国际会议，汇集了来自世界各地工业界和学术界的最优秀的工程师和科学家。今年的第 68 届 IEDM 将于 2022 年 12 月 3 日至 7 日在旧金山联合广场希尔顿酒店举行，主题为“晶体管诞生 75 周年，以及应对全球挑战的下一个变革性器件”。SLZesmc

有效降低漏电流和功耗，使晶体管更加节能省电。为了更高的性能和更快的操作，通道堆叠技术（垂直堆叠更多通道）和高迁移率通道，如硅锗（SiGe）、锗（Ge）和锗锡（GeSn）可用于增加晶体管的驱动电流.SLZesmc

由于量子极限效应，晶体管的漏电流大大降低，开关电流比（I _ON /I _OFF)提高到>107的世界纪录。这篇IEDM论文对外延层设计与生长、材料分析、刻蚀机理、电学分析、带隙模拟、应变模拟、变温测量等进行了完整的讨论与分析。本文综合高数、高迁移率沟道和极薄沟道的特点，展示了全球首创的高数堆叠锗锡纳米片晶体管，可增强驱动电流，降低漏电流，从而使半导体晶圆性能更高更节能。它还将更加节能。SLZesmc

目前，南洋理工大学是少数几所（行业外）大学之一，能够独立开发多层堆叠沟道环栅晶体管。“未来，我们将能够利用我们的经验和知识来解决实际问题，”现在在台积电担任研究工程师的蔡说。SLZesmc

责编：Editordan

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