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在矽基板上打造三五族COMS電路

2012/09/06 | | 標籤:

美國研究人員研發出第一個製作在矽晶圓上的三五族互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)電路。這項研究對於未來三五族化合物半導體電子學應用上是一重大進展。

以金氧半場效電晶體(MOSFET)為基礎的微電子電路日益縮小,然而在未來幾年內,受到矽材料本身的物理性質限制,此類電晶體的尺寸可能即將達到極限值。因此,研究人員正研究以其他通道材料來製作高效能電晶體的可能性,三五族半導體即為可能的選擇之一,不過這些材料必須要能以目前已發展完善的傳統矽基板技術進行處理。

雖然三五族半導體可以直接生長於矽晶圓上,但過程並不簡單,原因是最佳的p型、n型三五族化合物與矽材料三者之間晶格參數(lattice parameter)大不相同,意味著現行技術無法製作出元件所需的高品質單晶材料層。最近,加州大學柏克萊分校的Ali Javey團隊研發出以磊晶層轉移製程將三五族半導體成長於絕緣體上的新方法,克服了這個問題。

研究人員採用兩個步驟把超薄砷化銦薄膜(n型FET)以及銻化鎵銦薄膜(p型FET)由原生長基板轉移至矽晶圓上。產生的結構類似於一般的絕緣層覆矽(silicon-on-insulator, SOI)結構,差別在於上方主動層由矽材料換成單晶三五族薄膜。該團隊先前已製作出此類平台結構,號稱絕緣層覆X(XOI)結構,X在此指半導體。

Javey解釋,晶圓鍵合製程(wafer bonding process)也能製作此類結構,但是磊晶轉移技術可以消除任何三五族半導體與矽之間的晶格不匹配,因此不論是在p型或n型元件中,皆能獲得高載子遷移率。此互補式元件中電子與電洞的最高等效遷移率分別為1190與370 cm2/Vs,皆高於目前最先進的矽金氧半場效電晶體。另外,研究人員亦在此XOI平台上製作出NOT閘與NAND閘,並藉此進行三五族CMOS邏輯運算。

Javey表示,上述技術不失為利用傳統矽製程製作高效能三五族電晶體的好方法。他們計畫探討此三五族XOI材料的三維空間配置以研發出更實用的技術,在晶片上打造出密度更高的元件。詳見Nano Lett.|DOI: 10.1021/nl301254z。

譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:劉家銘
資料來源:III-V semiconductors grow on silicon. nanotechweb [Jul 20, 2012]

轉載自 奈米科學網 [2012/09/05]

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