2024 IEEE國際電子器件會議：半導體技術的未來展望

2024年IEEE國際電子器件會議（IEDM）聚焦于塑造未來的半導體技術。本次會議展示了從傳統電子材料到新興材料領域的多項技術突破，為未來半導體行業的發展提供了重要參考。

新興材料領域：碳納米管電子學的突破

自石墨烯電子學誕生以來，已有20年的發展歷史。然而，在石墨烯及其他二維材料之前，碳納米管就已經進入電子學領域。盡管研究焦點有所轉移，但碳納米管電子學仍在持續取得進展，尤其是在高性能和薄膜晶體管的開發方面。

在2024年IEDM大會上，北京大學、浙江大學和電子科技大學的彭練矛、張志勇團隊展示了一種基于對齊碳納米管的場效應晶體管（FET）。該器件的跨導達到了3.7 mS/μm，具有顯著的性能優勢。研究團隊采用了一種直接生長的柵介電層技術，可均勻地覆蓋碳納米管陣列。杜克大學的Aaron Franklin在評論文章中指出，碳納米管晶體管的開發面臨純化、定位、鈍化和量產準備等關鍵挑戰。盡管該研究未解決量產問題，但其在純度、定位和鈍化方面的進展令人印象深刻，展示了碳納米管技術的巨大潛力。

傳統材料領域：CMOS集成MEMS超聲傳感器

在傳統半導體材料領域，臺灣清華大學和加州大學伯克利分校的李勝賢團隊展示了一種單片集成技術。該技術利用CMOS后端金屬互連（BEOL）電容制造微機電系統（MEMS）超聲換能器。該技術未來可能在先進的超聲傳感和成像應用中發揮重要作用。韓國科學技術院的Chaerin Oh和Hyunjoo Lee在評論中指出，這一技術突破為下一代成像設備提供了全新的設計思路。

前沿工藝：單片互補場效應晶體管（CFET）

隨著行業技術的不斷發展，從2010年代初的鰭式場效應晶體管（FinFET）到近年來的全柵繞式結構（Gate-All-Around，GAA），半導體行業的器件縮放步伐持續推進。下一步發展的潛在方向是單片互補場效應晶體管（CFET）架構，其特點是n型和p型晶體管的垂直堆疊。

在IEDM 2024上，臺積電（TSMC）的廖珊蒂團隊展示了CFET器件制造工藝的最新進展。他們解決了三個關鍵問題：閾值電壓調節、垂直金屬化漏極局部互連和背柵接觸設計。這些技術突破使得團隊成功制造出了柵極間距僅為48 nm的逆變器。北京大學的熊熊和吳艷清在評論中強調，這些工藝改進為CFET架構的大規模應用奠定了基礎。

其他亮點

會議還展示了以下關鍵技術：

• 臺積電和英特爾的最新全柵繞式CMOS技術；

• 將液晶空間光調制器與CMOS圖像傳感器集成的新方法；

• 基于28 nm CMOS平臺制造4 Mb嵌入式電阻式存儲器的工藝；

• 集成電路熱模型的改進；

• 模擬復眼廣視場技術的突破。

總結

2024年IEDM會議以“塑造未來的半導體技術”為主題，展示了從新興材料到前沿工藝的廣泛研究進展。這些技術的突破不僅推動了半導體行業的持續發展，也為未來設備小型化、性能優化和新興應用場景提供了重要指引。