超越矽晶 III-V族材料可望生成MOSFET

　　最高性能的金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)将不再由矽晶制成。根据近日在美国夏威夷檀香山举行的2014VLSI技术研讨会上的研究人员们表示，未来，这种MOSFET将改采三五(III-V)族材料在矽基板上生长而成。

　　在一场由Semiconductor Research Corporation(SRC)所举行的产品展示中，美国加州大学圣塔巴巴拉分校(UCSB)的研究人员们展示他们所宣称世界上最高性能的MOSFET──这种MOSFET是由在(InP)上的砷化铟镓(InGaAs)所形成;这种磷化铟则可在矽晶上生成。

　　「目前的基板采用磷化铟。包括IMEC等其他团队的研究显示，磷化铟可在矽晶上生长，」UCSB电子与电脑教授MarkRodwell表示：「的确，在今年的VLSI研讨会上，至少会介绍一种矽晶上砷化铟镓III-V族MOS。因此，虽然我们的元件并不是在Si上生长的，但也一定能实现。」

　　III-V族MOSFET不仅可提供比类似尺寸矽晶电晶体更高的性能，且更低功耗。根据Rodwell表示，以速度与功耗来看，他们最终将可取代矽晶。

　　尽管研究人员当未针对开关速度进量测，但他们估计，在RF/无线应用中，III-V族MOSFET将比矽晶RF执行更快30-60%。而且由于电迁移率比砷化铟速度更快2.5-3倍，数位时脉速度估计比矽晶更高。

　　现在，研究人员宣称的最高性能」是根据UCSB的III-V族MOSFET在类似矽晶尺寸与闸宽度所产生以及执行与矽晶类似电压(0.5V)时的上电电流(每微米宽度约0.5mA)与关断电流(100nA)。Rodwell表示，III-VMOSFET的未来版本将明显超越同尺寸的矽晶FinFET。

　　Rodwell团队所使用的方式是以制造仅2.5nm(17个原子)厚的砷化铟半导体通道为基础。博士候选人Cheng-YingHuang与另一位教授ArthurGossard也共同合作进行这项研究。

　　博士研究生VaristaChobpattana则与教授SusanneStemmer共同打造先进的高k电介质──在具有极高电容器密度的氧化铝与氧化锆分层上堆叠镍铝(NiAl)金属闸，从而实现高导通电流。

　　最后的结尾工作是由以博士候选人SanghoonLee为主导的Rodwell实验室来进行，他们为MOSFET增加了垂直间隔层以阻断漏电流，藉由均匀分配电场以避免能隙与能隙之间的穿隧发生。研究人员们表示，这可产生足以媲美先进矽晶MOSFET的关断电流。