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FinFET继任者：纳米线有了新进展

2022-02-19 14:00:41 来源: 半导体行业观察

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自allaboutcircuit ，谢谢。

随着摩尔定律慢慢走到尽头，研究人员一直在广泛地寻找可能使晶体管性能不断提高的新技术。在这些技术中，纳米线受到了大量的研究关注。

最近，来自 HZDR 的研究人员宣布，他们已经通过实验证明了长期以来关于张力下纳米线的理论预测。

在本文中，我们将讨论纳米线技术和 HZDR 研究人员所做的工作。

什么是纳米线？

从最基本的意义上说，纳米线是直径在纳米量级的纳米结构。虽然这似乎是一个微不足道的定义，但该技术可能会对电子产品产生重大影响。

纳米线技术的基本吸引力之一是它们表现出强大的电学特性，包括由于其有效的一维结构而产生的高电子迁移率。

这样做的结果是纳米线提供了非常低的电阻率，因此具有非常快的低功率性能。

几十年来，研究人员一直试图将纳米线技术应用于金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)，其中一种流行的应用是环栅 (GAA) FET（场效应晶体管）。

在基于纳米线的 GAA FET 中，纳米线有助于建立导电通道，而不是平面体硅。

结果是更快的晶体管也不易受短沟道效应的影响。

与碳纳米管等竞争技术相比，纳米线的一个显著优势是纳米线由常见材料制成，如砷化镓 (GaAs)，它具有标准的晶体结构和均匀的电子特性。这种更常见材料的使用为该技术提供了一定程度的可预测性和易于制造性，这对于先进的节点技术很重要。

张力下的纳米线

正如Nature上的HZDR 论文所述，最近的研究表明，理论上，设计人员可以通过在材料上施加拉伸应变来进一步提高纳米线的性能。

理论是，当流体静力学拉伸应变（所有三个维度的膨胀）被施加到 GaAs 纳米线时，其电性能会发生调节。

例如，预计这种应变会将 GaAs 的带隙从 300 K 时的 1.42 eV 无应变值缩小到 0.87 eV，减少 40%。

此外，流体静力拉伸应变 GaAs 的能带结构计算还可以预期电子的有效质量会显着降低，这意味着更高的电子迁移率。

从本质上讲，先前的研究已经通过实验预测，通过对纳米线施加拉伸应变，该设备的性能甚至可以比以前更好。

HZDR 旨在超越理论

到目前为止，研究人员只是在数学上探索了这一理论，但在 HZDR 团队的新论文中，该小组通过实验测试了这一理论。

在实验中，研究人员制造了由 GaAs 核心和砷化铟铝壳组成的纳米线。

由于研究人员为核和壳使用了不同的材料，因此纳米线在两者之间经历了不同的晶格间距。结果是外壳在内核上施加了高拉伸应变，使研究人员能够实现他们之前理论化的电性能调制。

然后，研究人员使用光学激光脉冲释放材料内部的电子来测量纳米线的电子迁移率，这种技术称为非接触式光谱学。

释放电子后，研究人员对纳米线施加后续的高频脉冲，导致电子振荡。然后研究人员可以根据振荡持续的时间来测量电子的迁移率；振荡时间越长，电子迁移率越高。

最后，结果表明，研究人员确实可以通过对纳米线施加拉伸应变来提高纳米线的电子迁移率。

测量到未应变纳米线和块状 GaAs 的相对迁移率增加约为 30%。研究人员认为，他们可以在具有更大晶格失配的材料中实现更显着的增加。

总而言之，研究人员希望他们的发现可以应用于未来的晶体管设计，从而显着提高设备速度和功耗。

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