新型低功耗场效应晶体

作为未来摩尔定律持续发展的路径之一，探索新材料的单芯片异质集成，是目前国际微电子领域研究的热点，也是我国集成电路技术进入3-5nm节点后实现差异化发展路线的重要发展方向。同时随着Si CMOS缩小到纳米量级以及高密度的集成，增强的短沟效应(SCE)及栅极漏电使器件通断比下降、开关热耗增加，导致大的漏电、过多的功耗、以及退化的器件可靠性。因此，本人研究工作采用可实现异质集成的高迁移率半导体和二维硫系化合物作为沟道材料，基于高-k介电材料与铁电薄膜材料的设计与优化，利用实现陡峭亚阈值摆幅的负电容效应，设计制备新型低功耗负电容场效应晶体管（NCFET），在提高驱动电流和开关速度的同时，降低工作电压和亚阈值摆幅（SS），为发展我国3~5 nm超低功耗高速CMOS集成电路提供发展路径以及理论与技术支持。

  开展NCFET的研究是构建超低功耗CMOS集成电路，并继续器件尺寸等比缩小的有效途径，同时二维硫系化合物作为沟道材料也是可用于异质集成以及3-5nm工艺节点的有力候选者。本人在国家自然科学基金重大研究计划培育项目“基于负电容效应的高频低功耗异质集成GaAs-OI MOSFET关键技术研究”，国家自然科学基金面上项目“高性能双栅高k介质MoS₂场效应晶体管的介质屏蔽效应及界面工程”和“高稳定低功耗陡峭斜率免回滞MoS₂负电容场效应晶体管研究”的支持下，以高-k介质为基础，从铪基铁电薄膜材料的选取、铁电层与栅介质的堆栈结构、铁电性与NCFET电特性之间的关系、铁电NC效应的稳定性以及亚阈值摆幅与回滞之间的折衷等方面开展了大量研究工作。