世界各地的研究人員都在不斷尋找延長摩爾定律的新方法?，F(xiàn)在，普渡大學的研究人員為此找到了另一種方法：將原子層沉積技術用于氧化銦基晶體管。

　　寬帶隙氧化物半導體在光電器件、平板顯示器、太陽能電池、OLED（有機發(fā)光二極管）和柔性透明電子產(chǎn)品中越來越受歡迎。這是因為這種獨特的半導體材料類別表現(xiàn)出優(yōu)異的導電性和光學透明度。

　　現(xiàn)在，普渡大學埃爾莫爾家族電氣與計算機工程學院的一組研究人員找到了一種使用氧化銦半導體和一種稱為原子層沉積的技術開發(fā)更小、性能更高的晶體管的方法。

　　這項研究如何在擴展未來晶體管技術方面擴展摩爾定律？

　　透明導電氧化物呈上升趨勢

　　為了探討這個問題，討論為什么氧化銦是普渡大學研究人員成功的關鍵因素可能是有用的。

　　氧化銦（In2O3）、氧化鋅和氧化鎘等氧化物半導體具有大的帶隙，因此在可見光范圍內(nèi)是透明的。因此，這些材料也被稱為透明導電氧化物 (TCO)。

　　如今，大多數(shù)晶體管都是基于硅的，硅材料的原子尺寸約為 0.2 納米。如果我們將晶體管的寬度縮小到幾納米以下，薄膜的導電性將可以忽略不計，并且無法處理高電流密度。另一方面，TCO 可以進行重摻雜以實現(xiàn)高導電性。它們的光學特性也可以通過調(diào)節(jié)載流子濃度來調(diào)節(jié)。此外，它們可以生長成薄膜和許多其他晶體結構。

　　最近，對氧化銦半導體的研究越來越受到關注，因為它們可以應用于后端（BEOL）兼容晶體管以進行三維集成。BEOL 是晶圓的第二部分，包括觸點、電介質(zhì)、金屬、用于互連器件（如晶體管、電容器和電阻器）的鍵合點。

　　原子層沉積

　　雖然In 2 O 3比其他氧化物半導體具有更高的電子遷移率，但是通過物理氣相沉積（PVD）方法沉積的In2O3薄膜會導致電性能不穩(wěn)定。由于它們的高電子密度，在零柵極偏壓下很難抑制漏極電流或截止電流。

　　原子層沉積 (ALD) 技術克服了在生成 In 2 O 3薄膜方面的這些限制。

　　ALD 可以將原子薄膜材料沉積到基板上。該技術涉及將基材表面暴露于交替的前體，即在化學反應中產(chǎn)生另一種化合物的化合物。在 ALD 的每個交替循環(huán)中，前體與表面發(fā)生反應。然后，它確保在使用表面上的所有反應位點時反應停止。

　　ALD 方法可以重復多次以獲得所需的薄膜厚度。通常，ALD 是在較低溫度下進行的，因為基材很脆弱，而且高溫通常會導致生長速度不佳。

　　普渡大學研究人員通過

　　縮小晶體管推進半導體設計

　　在最近發(fā)表在Nature Electronics上的一項研究中，Purdue 的研究人員報告了高性能氧化銦晶體管，其溝道長度低至 40nm，在 0.7 V 的低漏源電壓下具有 2.0 A/mm 的高漏極電流。感謝ALD，溝道厚度縮小到 1nm，等效氧化物厚度 (EOT) 為 2.1nm。由于低溝道厚度，晶體管表現(xiàn)出對短溝道效應的免疫力。

　　開發(fā)的晶體管的柵極包括：

　　柵極金屬：40nm鎳

　　柵介質(zhì)：5nm氧化鉿

　　半導體通道：1/1.2/1.5nm氧化銦

　　源極和漏極觸點：80nm 鎳

　　據(jù)研究人員稱，基于氧化銦的器件是有前途的 BEOL 兼容器件，因為它們具有高電流密度和對短溝道效應的出色免疫能力。他們進一步報告說，設備性能仍有空間推動進一步的擴展和工藝優(yōu)化。