Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers demonstreren het opschalen van uitgelijnde koolstofnanobuistransistoren tot knooppunten onder de 10 nm

90 nm koolstofnanobuistechnologie met knooppunten. a, Koolstofnanobuistransistors op basis van nanobuisarrays met een gecontacteerde poortafstand van 175 nm. b, Uitgangskarakteristieken van de koolstofnanobuistransistoren met gecontacteerde poortafstand van 175 nm. c, SEM-afbeelding in valse kleuren van een representatieve 6T-SRAM-cel met een poortafstand van 175 nm en een oppervlakte van 0,976 μm 2 . Schaalbalk 200 nm. d, Benchmarking van de ultrageschaalde A-CNT 6T-SRAM-cel met silicium 130 nm, 90 nm en 45 nm technologieknooppunten voor poortlengte, gecontacteerde poortafstand (CGP) en SRAM-celoppervlak. Krediet:Lin et al.

Koolstofnanobuisjes, grote cilindrische moleculen bestaande uit gehybridiseerde koolstofatomen gerangschikt in een hexagonale structuur, hebben onlangs veel aandacht getrokken onder elektronica-ingenieurs. Vanwege hun geometrische configuratie en gunstige elektronische eigenschappen kunnen deze unieke moleculen worden gebruikt om kleinere veldeffecttransistors (FET's) te creëren die een hoge energie-efficiëntie vertonen.



FET's op basis van koolstofnanobuisjes hebben het potentieel om beter te presteren dan kleinere transistors op basis van silicium, maar hun voordeel in real-world implementaties moet nog overtuigend worden aangetoond. Een recent artikel van onderzoekers van de Universiteit van Peking en andere instituten in China, gepubliceerd in Nature Electronics , schetst de realisatie van FET's op basis van koolstofnanobuisjes die kunnen worden geschaald tot dezelfde grootte als een siliciumtechnologieknooppunt van 10 nm.

"Recente vooruitgang bij het bereiken van halfgeleidende koolstofnanobuisjes op wafelschaal met hoge dichtheid heeft ons een stap dichter bij het praktische gebruik van koolstofnanobuisjes in CMOS-circuits gebracht", vertelde Zhiyong Zhang, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys.org. "Eerdere onderzoeksinspanningen waren echter vooral gericht op het schalen van de kanaal- of poortlengte van koolstofnanobuistransistoren met behoud van grote contactafmetingen, wat niet kan worden geaccepteerd voor CMOS-circuits met hoge dichtheid in praktische toepassingen.

"Ons primaire doel van dit werk is het onderzoeken van het werkelijke schaalvermogen van koolstofnanobuisarrays met behulp van twee verdiensten in de siliciumindustrie, dat wil zeggen de contactpoortafstand en het oppervlak van de 6T SRAM-cel, terwijl de prestatievoordelen behouden blijven."

Zhang en zijn collega's wilden in wezen de praktische waarde van koolstofnanobuistransistors demonstreren, waarbij ze aantoonden dat ze beter kunnen presteren dan conventionele, op silicium gebaseerde FET's met een vergelijkbare poortafstand en een SRAM-celoppervlak van 6T. Om dit te bereiken, vervaardigden ze eerst FET's op basis van koolstofnanobuisarrays met een gecontacteerde poortafstand van 175 nm. Deze poortafstand werd gerealiseerd door de poortlengte en de contactlengte te schalen naar respectievelijk 85 nm en 80 nm.

"Opmerkelijk genoeg vertoonden de transistors een indrukwekkende aanstroom van 2,24 mA/μm en een piektransconductantie van 1,64 mS/μm, waarmee ze de elektronische prestaties van silicium 45 nm knooppunttransistors overtroffen", zei Zhang. "Bovendien bestond de 6T SRAM-cel uit deze ultra-geschaalde nanobuis-transistoren die binnen 1 μm 2 zijn gefabriceerd en functioneert correct. Vervolgens hebben we het grootste obstakel onderzocht, namelijk de contactweerstand van koolstofnanobuistransistors voor verdere schaalvergroting."

Sub-10 nm-knooppunt koolstofnanobuistechnologie. a, SEM en TEM-afbeeldingen in dwarsdoorsnede van een ultrageschaalde koolstofnanobuistransistor met een gecontacteerde poortafstand van 61 nm, een poortlengte (Lg) van 35 nm en een Lcon van 16 nm. Schaalbalk van het SEM-beeld:200 nm; van het TEM-beeld:100 nm. b, Vergelijking van ionen bij verschillende CGP voor FET's van koolstofnanobuisjes in dit werk met die voor andere gerapporteerde uitgelijnde FET's van koolstofnanobuisjes en siliciumtechnologie. Krediet:Lin et al.

Eerdere studies hebben aangetoond dat bij het volgen van een wijdverbreid contactschema dat bekend staat als "zijcontact", ladingsdragers alleen kunnen worden geïnjecteerd vanaf het oppervlak van koolstofnanobuisjes. Dit maakt de weerstand van de lengte van de nanobuisjes afhankelijk, waardoor de mate waarin ze geminiaturiseerd kunnen worden beperkt wordt.

Om dit probleem op te lossen, introduceerden Zhang en zijn collega's een nieuw schema dat zij 'volledig contact' noemen. Dit plan houdt in dat beide uiteinden van koolstofnanobuisjes worden doorgesneden voordat ze contact maken, waardoor een deel van de dragers vanaf deze uiteinden kan worden geïnjecteerd.

"Dit nieuwe contactschema maakt het mogelijk om koolstofnanobuistransistoren verder te verkleinen tot een gecontacteerde poortafstand van minder dan 55 nm, wat overeenkomt met het silicium 10 nm technologieknooppunt, terwijl ze beter presteren dan siliciumtransistors van 10 nm knooppunt vanwege de hoge draaggolfmobiliteit en Fermi-snelheid, " zei Zhang. "Ons werk demonstreerde experimenteel een echte 90 nm-knooppunttechnologie met behulp van koolstofnanobuisjes, die geometrisch kleiner konden worden gemaakt en elektronische prestaties zouden bieden die beter presteren dan silicium 90 nm-knooptransistoren."

Dit recente artikel introduceert een betrouwbare aanpak voor het verkleinen van koolstofnanobuistransistoren, zonder hun prestaties in gevaar te brengen. Tot nu toe heeft het team hun strategie gebruikt om een ​​90 nm-knooppunttransistor te maken, maar door de structuur van de contacten opnieuw te ontwerpen zijn ze van mening dat deze transistors kunnen worden verkleind tot onder een sub-10 nm-knooppunt.

In de toekomst zou het werk van Zhang en zijn collega's kunnen bijdragen aan de creatie van steeds kleinere en efficiëntere op koolstofnanobuisjes gebaseerde transistors. Dit zou waardevolle implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van elektronica.

"De volgende uitdaging die we nu aanpakken is het terugbrengen van de contactgeometrie voor n-type transistors van koolstofnanobuisjes naar het construeren van complete CMOS-technologie, wat de noodzakelijke bouwstenen zijn voor moderne digitale IC's", voegde Zhang eraan toe.

"Momenteel gebruiken we scandium voor het contact van n-type koolstofnanobuistransistors. We worden echter geconfronteerd met grote problemen als we de contactlengte verkleinen als gevolg van de oxidatie van dit metaal met lage werkfunctie. Daarnaast werken we eraan karakteriseren nauwkeurig de interfacekwaliteit tussen koolstofnanobuisarrays en diëlektricum met een hoge κ, waardoor deze wordt verbeterd tot het niveau van silicium CMOS-transistoren om de stuurbaarheid en betrouwbaarheid van de poort te verbeteren."

Meer informatie: Yanxia Lin et al, Uitgelijnde koolstofnanobuistransistoren opschalen naar een knooppunt onder de 10 nm, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-00983-3

Journaalinformatie: Natuurelektronica

© 2023 Science X Netwerk




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Eencellig onderzoek belicht de rol van DNA-methylatie bij beslissingen over het lot van cellen
  2. Experiment onthult strategisch denken bij muizen
  3. Wat gebeurt er met een dierlijke cel in een hypotone oplossing?
  4. Hoe een 3D-model van het ademhalingssysteem te maken
  5. Wat zit er in je wiet? Het zal je misschien verbazen
  6. Wat is de ergste uitsterving in de geschiedenis van de aarde?
  7. Onderzoekers modelleren voordelen van bosherstel aan rivieroevers
  8. Nieuwe RNA-gebaseerde tool kan hersencircuits verlichten, specifieke cellen bewerken
  9. Een poging om veelvraat terug te halen naar Californië mislukt vanwege begrotingsproblemen

Wetenschap