近日，清华大学集成电路学院教授任天令团队在小尺寸晶体管研究方面取得突破，首次实现了具有亚1纳米栅极长度的晶体管，并具有良好的电学性能。相关成果以“具有亚1纳米栅极长度的垂直硫化钼晶体管”为题，日前在线发表于《自然》（Nature）期刊上。
晶体管是芯片的核心元器件，更小的栅极尺寸能让芯片上集成更多的晶体管，从而提升芯片性能。1965年，“摩尔定律”提出：集成电路芯片上可容纳的晶体管数目，每隔18至24个月便会增加一倍，微处理器的性能提高一倍，或价格下降一半。此后，晶体管的栅极尺寸在“摩尔定律”的推动下不断微缩，目前主流工业界晶体管的栅极尺寸已达到12纳米。然而，随着晶体管的物理尺寸进入纳米尺度，电子迁移率降低、漏电流增大、静态功耗增大等问题也越来越严重，新结构和新材料的开发迫在眉睫。
学术界在极短栅长晶体管方面做出了探索。2012年，日本报道了基于绝缘衬底上硅的平面无结型硅基晶体管，等效的物理栅长为3纳米。2016年，美国劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福大学实现了物理栅长仅为1纳米的平面硫化钼晶体管。
为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈，任天令团队将石墨烯作为栅极，利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能，将其侧向电场来控制垂直的二硫化钼沟道的开关，从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。“我们实现了世界上栅极长度最小的晶体管。”任天令表示，经多次实验测试，在亚1纳米物理栅长的控制下，晶体管能有效地开启、关闭。“这意味着晶体管栅极的尺寸极限已缩小到了‘仅一层碳原子的厚度’，为二维薄膜在未来集成电路的应用提供了参考依据。”
来源 北京日报客户端 | 实习记者 何蕊
编辑 王雯淼
流程编辑 刘伟利
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