Институт микроэлектроники Китайской академии наук достиг прогресса в создании углеродно-кремниевых трехмерных гетерогенных интегральных устройств 

По данным официального сайта Института микроэлектроники Китайской академии наук, поскольку плотность интегральных схем продолжает расти, технологические узлы транзисторов продолжают уменьшаться и приближаются к физическим пределам. Технология трехмерных комплементарных полевых транзисторов (3D КМОП) стала потенциальным путем выхода из тупика. Традиционная технология интеграции 3D КМОП на основе кремния имеет высокий тепловой бюджет, что приводит к усложнению процессов и увеличению затрат, а также может вызывать такие проблемы, как снижение производительности, что ограничивает ее коммерческое применение.

Для решения вышеуказанных проблем группа под руководством научного сотрудника Ли Бо и младшего научного сотрудника Лу Пэна из Лаборатории радиационной стойкости Института микроэлектроники Китайской академии наук предложила технологию 3D CMOS для гетерогенной интеграции углеродных нанотрубок/кремния (гетерогенная интеграция УНТ/Si), основанную на способности материалов с углеродными нанотрубками образовывать низкотемпературную пленку, что позволило добиться низкотемпературной (≤150 °C) интеграции устройств с углеродными нанотрубками в конечную часть 180-нм устройств SOI. Команда предложила решение по оптимизации процесса для высокопроизводительных цифровых схем, добилась точного управления пороговым напряжением устройств на основе углеродных нанотрубок и согласовала электрические характеристики транзисторов N и P. Запас шума 3D CMOS был значительно улучшен (NMH/NML = 0,404/0,353× VDD), при этом были достигнуты превосходные характеристики, такие как высокий коэффициент усиления (~49,9), сверхнизкое энергопотребление (390 пВт) и высокая однородность (изменение между кристаллами <6%). Чтобы продемонстрировать возможности интеграции этой технологии в передовые технологические узлы, команда использовала моделирование TCAD для создания 14-нм блока схемы FinFET/CNT 3D CMOS. Теоретический анализ показал, что он превзошел коммерческий 14-нм процесс FinFET по уровню шума и энергопотреблению.

Статья, основанная на результатах этого исследования, «Конструкция p-FET на основе углеродных нанотрубок с низким тепловым бюджетом на кремниевых n-FET для схем 3D CMOS FET с высоким запасом по шуму и сверхнизким энергопотреблением», была недавно опубликована в известном во всем мире журнале Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202504068). Эту работу выполнили исследовательская группа Ли Бо из Института микроэлектроники, исследовательская группа Чжу Магуана из Нанкинского университета и группа профессора Ху Хайбо из Аньхойского университета, первым подразделением выступил Институт микроэлектроники.