日台合作開發新型晶體管,利於實現2奈米半導體

2021/03/08


  日本産業技術綜合研究所與台灣半導體研究中心(TSRI)等展開合作,開發了用於新一代半導體的新型晶體管結構。如果採用這項技術,預計有助於製造實現電路微細化的高性能半導體。半導體微細化的技術阻礙逐年提高,不同研究機構之間的合作或將成為打開局面的方法之一。

   

  最近日本産業技術綜合研究所等開發出新一代半導體必需的新結構的場效應晶體管(FET)。這是將矽(Si)和鍺(Ge)等不同溝道材料從上下方堆疊、使「n型」和「p型」場效應晶體管靠近的名為「CFET」的結構。日本産業技術綜合研究所表示,「這在世界上首次實現」。

     

三維異質溝道互補式場效應晶體管的外觀

      

  研究成果發表于2020年12月在線上舉行的半導體相關國際會議「IEDM2020」。日本産業技術綜合研究所等將在今後約3年裏向民營企業轉讓技術,力爭實現實用化。

      

  與此前的晶體管相比,CFET結構的晶體管性能高、面積小,有助於製造2奈米以下線寬的新一代半導體。晶體管是在半導體之中承擔電信號切換等的基本電子元件,但要實現微細化,改善結構成為課題。

      

  把半導體晶片的晶體管以高密度集成後,能夠以高速、低耗電量處理人工智慧(AI)等。如果應用於數據中心等,有望大幅削減電力消耗。

        

  目前最新款智慧手機使用5奈米線寬半導體,今後將採用3奈米、2奈米産品,不斷邁向微細化。此次開發的新型晶體管預計應用於2024年以後的尖端半導體。不過,將來哪種晶體管結構得到採用仍未確定,或將取決於性價比。

      

  在此次共同研究計劃中,雙方的機構發揮了各自優勢。在日本方面,産業技術綜合研究所利用了此前積累的材料開發知識和堆疊異種材料的技術。在台灣方面,半導體研究中心在異種材料堆疊晶體管的設計和試製技術上提供協助。雙方此前就在研究人員層面展開交流,自2018年起正式啟動共同研究。

           

  不過,開發把異種材料結合起來的器件面臨很多課題。日本産業技術綜合研究所奈米電子研究部門的主管、工學博士前田辰郎表示,「熱膨脹率的差異和材料的選擇性蝕刻等控制很難做到」。

    

  包括2020年在內,雙方機構的計劃預定持續3年,今後將進一步開發技術並向民營企業轉讓。

   

  日本經濟新聞(中文版:日經中文網)佐藤雅哉

   

 

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