2024年IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）聚焦于塑造未來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)。本次會(huì)議展示了從傳統(tǒng)電子材料到新興材料領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)突破，為未來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展提供了重要參考。

新興材料領(lǐng)域：碳納米管電子學(xué)的突破

自石墨烯電子學(xué)誕生以來(lái)，已有20年的發(fā)展歷史。然而，在石墨烯及其他二維材料之前，碳納米管就已經(jīng)進(jìn)入電子學(xué)領(lǐng)域。盡管研究焦點(diǎn)有所轉(zhuǎn)移，但碳納米管電子學(xué)仍在持續(xù)取得進(jìn)展，尤其是在高性能和薄膜晶體管的開發(fā)方面。

在2024年IEDM大會(huì)上，北京大學(xué)、浙江大學(xué)和電子科技大學(xué)的彭練矛、張志勇團(tuán)隊(duì)展示了一種基于對(duì)齊碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。該器件的跨導(dǎo)達(dá)到了3.7 mS/μm，具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。研究團(tuán)隊(duì)采用了一種直接生長(zhǎng)的柵介電層技術(shù)，可均勻地覆蓋碳納米管陣列。杜克大學(xué)的Aaron Franklin在評(píng)論文章中指出，碳納米管晶體管的開發(fā)面臨純化、定位、鈍化和量產(chǎn)準(zhǔn)備等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。盡管該研究未解決量產(chǎn)問(wèn)題，但其在純度、定位和鈍化方面的進(jìn)展令人印象深刻，展示了碳納米管技術(shù)的巨大潛力。

傳統(tǒng)材料領(lǐng)域：CMOS集成MEMS超聲傳感器

在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，臺(tái)灣清華大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的李勝賢團(tuán)隊(duì)展示了一種單片集成技術(shù)。該技術(shù)利用CMOS后端金屬互連（BEOL）電容制造微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）超聲換能器。該技術(shù)未來(lái)可能在先進(jìn)的超聲傳感和成像應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的Chaerin Oh和Hyunjoo Lee在評(píng)論中指出，這一技術(shù)突破為下一代成像設(shè)備提供了全新的設(shè)計(jì)思路。

前沿工藝：?jiǎn)纹パa(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（CFET）

隨著行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，從2010年代初的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）到近年來(lái)的全柵繞式結(jié)構(gòu)（Gate-All-Around，GAA），半導(dǎo)體行業(yè)的器件縮放步伐持續(xù)推進(jìn)。下一步發(fā)展的潛在方向是單片互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（CFET）架構(gòu)，其特點(diǎn)是n型和p型晶體管的垂直堆疊。

在IEDM 2024上，臺(tái)積電（TSMC）的廖珊蒂團(tuán)隊(duì)展示了CFET器件制造工藝的最新進(jìn)展。他們解決了三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：閾值電壓調(diào)節(jié)、垂直金屬化漏極局部互連和背柵接觸設(shè)計(jì)。這些技術(shù)突破使得團(tuán)隊(duì)成功制造出了柵極間距僅為48 nm的逆變器。北京大學(xué)的熊熊和吳艷清在評(píng)論中強(qiáng)調(diào)，這些工藝改進(jìn)為CFET架構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

其他亮點(diǎn)

會(huì)議還展示了以下關(guān)鍵技術(shù)：

• 臺(tái)積電和英特爾的最新全柵繞式CMOS技術(shù)；

• 將液晶空間光調(diào)制器與CMOS圖像傳感器集成的新方法；

• 基于28 nm CMOS平臺(tái)制造4 Mb嵌入式電阻式存儲(chǔ)器的工藝；

• 集成電路熱模型的改進(jìn)；

• 模擬復(fù)眼廣視場(chǎng)技術(shù)的突破。

總結(jié)

2024年IEDM會(huì)議以“塑造未來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)”為主題，展示了從新興材料到前沿工藝的廣泛研究進(jìn)展。這些技術(shù)的突破不僅推動(dòng)了半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，也為未來(lái)設(shè)備小型化、性能優(yōu)化和新興應(yīng)用場(chǎng)景提供了重要指引。