中科院微电子所展示二硫化钼负电容场效应晶体管研究成果

在2020国际电子器件大会（IEDM）上，中科院微电子所刘明院士科研团队展示了二硫化钼负电容场效应晶体管的最新研究成果。

功耗是制约未来集成电路发展的瓶颈问题。在栅极中引入铁电新材料的“负电容晶体管”（NCFET）可突破传统场效应晶体管的亚阈值摆幅开关极限，有望在极低电源电压下工作，从而降低功耗并保持高性能。同时，原子层厚度的二硫化钼（MoS

）免疫于短沟道效应，具有较高的迁移率、极低的关态电流和CMOS兼容的制造工艺等优势，是面向先进晶体管的可选沟道材料之一。近期的一些实验显示，MoSNCFET能实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅。但这些研究仅实现了较长沟道（500纳米）的器件，没有完全发掘和利用负电容效应在短沟道晶体管中的优势。

针对该问题，刘明院士团队通过对器件参数以及制造工艺的设计与优化，首次把MoS

NCFET的沟道长度微缩至83纳米，并实现了超低的亚阈值摆幅（SS=17.23mV/dec和SS=39mV/dec）、较低回滞和较高的开态电流密度。相比基准器件，平均亚阈值摆幅从220mV/dec提高至39mV/dec，沟道电流在V=0V和1.5V下分别提高了346倍和26倍。这项工作推动了MoSNCFET尺寸持续微缩，对此类器件面向低功耗应用有一定意义。

基于上述研究成果的论文“ScalingMoS

NCFETto83nmwithRecord-lowRatioofSS/SS=0.177andMinimum20mVHysteresis”入选2020IEDM。微电子所杨冠华博士为第一作者。