下一代5nm 2D材料可望突破摩爾定律限制？

　　Imec 開發下一代 5nm 2D 通道 FET 架構，證實采用 2D 非等向性材料可讓摩爾定律延續到超越 5nm 節點…

　　根據比利時研究機構Imec指出，設計人員可以選擇采用2D非等向性(顆粒狀速度更快)材料(如黑磷單層)，讓摩爾定律(Moore's Law)擴展到超越5納米(nm)節點。Imec研究人員在Semicon West期間舉辦的年度Imec技術論壇(Imec Technology Forum)發表其最新研究成果。

　　Imec開發的下一代5nm 2D通道場效電晶體(FET)架構，顯示堆疊閘極和原子薄層結構 (來源：Imec)

　　Imec展示的研究計劃專注于實現高性能邏輯應用的場效電晶體(FET)，作為其Core CMOS計劃的一部份。Imec及其合作伙伴分別在材料、元件與電路層級實現協同最佳化，證實了在傳輸方向上可使用具有較小有效質量之2D非等向性黑磷單層的概念。這種黑磷夾層于低k電介質的介面層之間，并在高k電介質之上部署堆疊的雙閘極，以控制原子級的薄層通道。

　　Imec展示了10nm節點的協同最佳化方案，并表示該架構可以使用半伏特(< 0.5V)的電源和小于50埃(0.5nm)的有效氧化物厚度，使其FET在5nm節點以后持續擴展摩爾定律，以實現高性能邏輯應用。

　　研究人員預測，所展示的架構、材料和協同最佳化技術將有助于產生可靠的FET，且其厚度可一直降低至單原子級，閘極長度短于20埃，推動納米線FET持續進展成為FinFET的接班技術。Imec目前正評估除了黑色熒光粉以外的其他材料作為主要的備選技術，將納米線FET延伸到原子級2D通道。

　　根據Imec，除了為FET延續摩爾定律的微縮規律以外，2D材料還有助于加強光子學、光電子學、生物感測、能量儲存和太陽光電的發展。

　　Imec的研究伙伴包括來自比利時魯汶天主教大學(Catholic University of Leuven)和義大利比薩大學(Pisa University)的科學家。這項研究的贊助資金來自歐盟(EU)的石墨烯旗艦(Graphene Flagship)研究計劃以及Imec Core CMOS計劃的合作伙伴，包括GlobalFoundries、華為(Huawei)、英特爾(Intel)、美光(Micron)、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)、Sony Semiconductor Solutions和臺積電(TSMC)共同贊助了這項計劃。

　　有關這項研究的更多資訊刊載在《自然》(Nature)科學報導的“基于FinFET的2D材料-設備-電路協同最佳化可實現超大型技術制程”(Material-Device-Circuit Co-optimization of 2D Material based FETs for Ultra-Scaled Technology Nodes)，Imec并在文中提供了為下一代10nm芯片高性能邏輯芯片選擇材料、設計元件和最佳化性能的指導原則。

　　Imec解釋，在閘極長度低于5nm的情況下，與閘極堆疊有關的2D靜電特性所帶來的挑戰，更甚于2D FET材料直接源極到漏極的穿隧作用。