北大研究团队突破 90nm 碳纳米晶体管

业内消息，上周北京大学彭练矛院士/张志勇教授团队研究出一款基于阵列碳纳米管的 90nm 碳纳米管晶体管，该技术可使碳纳米晶体管工艺高度集成，并在该基础上探索将碳基晶体管进一步缩减到 10nm 节点的可能性。

研究中，通过利用该团队此前研发的碳纳米管阵列薄膜，以及借助缩减晶体管栅长和源漏接触长度的手段，研究团队制备出栅间距(CGP， contacted gate pitch)为175nm的碳纳米管晶体管，其开态电流达到2.24mA/μm、峰值跨导gm为1.64mS/μm。相比45nm的硅基商用节点器件，该晶体管的性能更高。

在此基础上，该研究团队还通过器件版图的优化制备了整体面积仅为0.976 μm2的6晶体管(6T)静态随机存取存储器(SRAM)单元，对应于90 nm节点商用硅基CMOS工艺的SRAM单元面积(1μm2)。在主流的数字集成电路技术中，SRAM单元面积是衡量实际集成密度的重要参数，以往研究的碳基6T SRAM单元面积(以往均大于2000 µm2)远大于90nm的硅基SRAM，此次是首次采用非硅基半导体材料制备出整体面积小于1 µm2的6T SRAM单元，这表明碳基数字集成电路完全可以满足90nm技术节点的集成度需求。

除此之外，该研究团队还提出全接触(Full Contact)结构，结合了侧面接触(SideContact)和末端接触(EndContact)的载流子注入机制，让器件表现出更低的接触电阻(~ 90 Ω·μm)，同时具有更弱的接触长度依赖性。基于FullContact结构，研究团队将碳管晶体管CGP缩减至55 nm，对应10 nm技术节点，同时性能优于硅基10 nm 节点PMOS晶体管，说明碳基芯片完全可以取代更小节点的硅基芯片。

据悉，碳基芯片技术是一种利用碳元素代替硅元素来制造芯片的技术，相较于传统的硅基芯片，使用碳纳米晶体管的碳基芯片具有更高的运行速度、更低的功耗、更高的计算精度和更好的耐用性等优势。

碳基芯片可以在更大的工艺节点上实现更高的性能，例如以石墨烯制成的碳基芯片性能将会是硅基芯片的10倍，但功耗却能降到四分之一，而一旦达到商用级别，碳基芯片只需要14nm就足以匹敌5nm的硅基芯片，在硅基芯片即将触碰理论极限的情况下，碳基芯片成为了未来电子行业的重要发展方向之一。

虽然该团队目前采用的工艺主要基于实验室，而非标准的工业化技术，比如现阶段研究学界广泛使用的剥离工艺,根本无法满足大规模集成电路的实际需求，因此需要换成业界标准的干法刻蚀工艺。对此，张志勇表示：“我们在碳基材料和器件制备领域掌握了核心技术，并已初步打通材料、器件和芯片展示的主要环节，具备面向未来的技术推进能力和设备升级能力。”