Micul tranzistor semiconductor compus ar putea provoca dominația siliciului

Micul tranzistor semiconductor compus ar putea provoca dominația siliciului

Tip articol: Știri din industrie De la: Microelectronics International, Volumul 30, Numărul 2

Cercetătorii MIT dezvoltă cel mai mic tranzistor de arseniură de indiu galiu construit vreodată

Coroana siliciului este amenințată: zilele semiconductorului ca rege al microcipurilor pentru computere și dispozitive inteligente ar putea fi numărate, datorită dezvoltării celui mai mic tranzistor care a fost construit vreodată dintr-un material rival, arseniura de indi galiu.

Tranzistorul compus, construit de o echipă din Microsystems Technology Laboratories al MIT, funcționează bine, în ciuda faptului că are o lungime de doar 22 nm (miliardime de metru). Acest lucru îl face un candidat promițător pentru a înlocui în cele din urmă siliciul în dispozitivele de calcul, spune co-dezvoltatorul Jesús del Alamo, profesor de știință Donner la Departamentul de Inginerie Electrică și Informatică (EECS) al MIT, care a construit tranzistorul împreună cu studentul absolvent al EECS Jianqian Lin. și Dimitri Antoniadis, profesorul de inginerie electrică Ray și Maria Stata.

Pentru a ține pasul cu cererea noastră de dispozitive de calcul din ce în ce mai rapide și mai inteligente, dimensiunea tranzistoarelor se micșorează continuu, permițând ca un număr tot mai mare dintre ele să fie stoarse pe microcipuri. „Cu cât poți împacheta mai mulți tranzistori pe un cip, cu atât cipul va fi mai puternic și cu atât cipul va îndeplini mai multe funcții”, spune del Alamo.

Dar pe măsură ce tranzistoarele de siliciu sunt reduse la scara nanometrică, cantitatea de curent care poate fi produsă de dispozitive se micșorează și ea, limitând viteza lor de funcționare. Acest lucru a condus la temeri că Legea lui Moore – predicția fondatorului Intel Gordon Moore că numărul de tranzistori de pe microcipuri se va dubla la fiecare doi ani – ar putea fi pe cale să se încheie, spune del Alamo.

Pentru a menține Legea lui Moore în viață, cercetătorii au investigat de ceva timp alternative la siliciu, care ar putea produce un curent mai mare chiar și atunci când funcționează la aceste scale mai mici. Un astfel de material este compusul arseniură de indiu galiu, care este deja utilizat în tehnologiile de comunicații cu fibră optică și radar și este cunoscut pentru proprietăți electrice extrem de bune, spune del Alamo. Dar, în ciuda progreselor recente în tratarea materialului pentru a-i permite să se transforme într-un tranzistor într-un mod similar cu siliciul, nimeni nu a reușit încă să producă dispozitive suficient de mici pentru a fi împachetate în număr tot mai mare în microcipurile de mâine.

Acum, del Alamo, Antoniadis și Lin au arătat că este posibil să se construiască un tranzistor cu efect de câmp (MOSFET) semiconductor cu oxid de metal de mărime nanometrică - tipul cel mai frecvent utilizat în aplicații logice, cum ar fi microprocesoarele - folosind materialul. „Am arătat că puteți face MOSFET-uri extrem de mici cu arseniură de indiu, galiu, cu caracteristici logice excelente, care promite să ducă Legea lui Moore dincolo de atingerea siliciului”, spune del Alamo.

Tranzistoarele constau din trei electrozi: poarta, sursa și drenul, iar poarta controlează fluxul de electroni între ceilalți doi. Deoarece spațiul din acești tranzistori minusculi este atât de îngust, cei trei electrozi trebuie plasați foarte aproape unul de celălalt, un nivel de precizie care ar fi imposibil de atins chiar și pentru instrumentele sofisticate. În schimb, echipa permite porții să se „auto-alinieze” între ceilalți doi electrozi.

Cercetătorii cresc mai întâi un strat subțire de material folosind epitaxie cu fascicul molecular, un proces utilizat pe scară largă în industria semiconductoarelor în care atomii evaporați de indiu, galiu și arsen reacţionează între ei în vid pentru a forma un compus monocristal. Echipa depune apoi un strat de molibden ca metal de contact sursă și scurgere. Apoi, ei „desenează” un model extrem de fin pe acest substrat folosind un fascicul focalizat de electroni - o altă tehnică de fabricație bine stabilită, cunoscută sub numele de litografie cu fascicul de electroni.

Zonele nedorite de material sunt apoi gravate și oxidul de poartă este depus pe spațiul mic. În cele din urmă, molibdenul evaporat este aruncat la suprafață, unde formează poarta, strâns strâns între ceilalți doi electrozi, spune del Alamo. „Printr-o combinație de gravare și depunere, putem obține poarta amplasată [între electrozi] cu mici goluri în jurul ei”, spune el.

Deși multe dintre tehnicile aplicate de echipă sunt deja folosite în fabricarea siliciului, acestea au fost rareori folosite pentru a face tranzistori semiconductori compuși. Acest lucru se datorează parțial pentru că în aplicații precum comunicațiile prin fibră optică, spațiul este mai puțin o problemă. „Dar când vorbim despre integrarea a miliarde de tranzistoare mici pe un cip, atunci trebuie să reformulam complet tehnologia de fabricare a tranzistoarelor semiconductoare compuși pentru a semăna mult mai mult cu cea a tranzistorilor cu siliciu”, spune del Alamo.

Următorul lor pas va fi să lucreze la îmbunătățirea în continuare a performanței electrice – și, prin urmare, a vitezei – a tranzistorului prin eliminarea rezistenței nedorite din interiorul dispozitivului. Odată ce au realizat acest lucru, vor încerca să micșoreze și mai mult dispozitivul, cu scopul final de a reduce dimensiunea tranzistorului lor la sub 10 nm în lungimea porții.

Cercetarea a fost finanțată de DARPA și de Semiconductor Research Corporation.

 

Sursa: Micul tranzistor semiconductor compus ar putea provoca dominația siliciului | Perspectivă de smarald

Traduceți "