Транзисторы растут как грибы

 


Специалисты из IBM Res. Lab. (Швейцария) и Max Planck Inst. Microstructure Physics (Германия) вырастили целую грядку (миллион штук) вертикальных полевых транзисторов. Каналом транзисторов служили кремниевые нанопроволоки (nanowires). Они возникали на кристаллической кремниевой подложке под предварительно осажденными на нее капельками золота Au, которые выступают в роли катализатора при осаждении кремния методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Толщина нанопроволок составляет 40 нм, а их длина в 10 раз больше. Дальнейшие технологические операции были обычными для формирования вертикального транзистора.

Главное достоинство такой конструкции заключается в том, что затвор огибает канал транзистора со всех сторон, что обеспечивает хорошее управление током транзистора с помощью потенциала затвора. Конструкция позволяет сделать очень малыми токи утечки транзистора в закрытом состоянии. При большой плотности транзисторов в будущих микросхемах токи утечки могут приводить к сильному разогреву, с которым не справится никакое охлаждение.

Ближайшую перспективу кремниевой технологии связывают с транзисторами на подложке «кремний на изоляторе» (КНИ). Попытаемся сравнить изготовленные в [1] нанопроволочные транзисторы с перспективными КНИ транзисторами. В КНИ транзисторах с тонким слоем кремния (2-5нм) можно вообще не легировать канал, сохраняя в нем максимальную подвижность носителей. В нанопроволочном транзисторе канал приходится легировать. Тонкий слой кремния в КНИ также обеспечивает хорошее управление током транзистора с помощью потенциала затвора, даже если затвор не огибает канал со всех сторон. Расстояние между истоком и стоком в описываемом нанопроволочном вертикальном транзисторе составляет 0.4мкм. Таким образом, он фактически попадает не в нано-, а в субмикронную технологию, несмотря на нанометровую толщину нанопроволочного канала. Быстродействие такого транзистора в первую очередь ограничено пролетным временем носителей в канале.
Малую ширину канала транзистора по сравнению с его остальными частями следует относить к недостаткам конструкции. Наибольшую частоту работы транзистора в логической схеме обеспечивает канал, имеющий такую же ширину, как и электроды истока и стока, что как раз и есть у КНИ транзистора. Широкий канал позволяет получить максимальный ток в открытом состоянии транзистора, или, другими словами, минимальное сопротивление канала R. В логических схемах ток одного транзистора переключает состояние другого путем зарядки определенных емкостей С, например, истока, стока, затвора и соединений. Как известно, быстродействие ограничено, помимо пролетного времени носителей в канале, также RC-временами зарядки. Кстати, это замечание касается всех транзисторов на нанообъектах, таких как нанотрубки, нанопроволоки и другие, которые пока тоже очень далеки от того, чтобы составить реальную конкуренцию КНИ транзисторам с тонким слоем кремния.

1. V. Schmidt et al. Small 2, 85-88(2006) (www.small-journal.com )

Нанотехнологическое сообщество