2024 IEEE國際電子器件會議：半導(dǎo)體技術(shù)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(dǎo)體技術(shù)。本次會議展示了從傳統(tǒng)電子材料到新興材料領(lǐng)域的多項技術(shù)突破，為未來半導(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，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)進入電子學(xué)領(lǐng)域。盡管研究焦點有所轉(zhuǎn)移，但碳納米管電子學(xué)仍在持續(xù)取得進展，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、張志勇團隊展示了一種基于對齊碳納米管的場效應(yīng)晶體管（FET）。該器件的跨導(dǎo)達到了3.7 mS/μm，具有顯著的性能優(yōu)勢。研究團隊采用了一種直接生長的柵介電層技術(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(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，臺灣清華大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的李勝賢團隊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）電容制造微機電系統(tǒng)（MEMS）超聲換能器。該技術(shù)未來可能在先進的超聲傳感和成像應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。韓國科學(xué)技術(shù)院的Chaerin Oh和Hyunjoo Lee在評論中指出，這一技術(shù)突破為下一代成像設(shè)備提供了全新的設(shè)計思路。

前沿工藝：單片互補場效應(yīng)晶體管（CFET）

隨著行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，從2010年代初的鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）到近年來的全柵繞式結(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。下一步發(fā)展的潛在方向是單片互補場效應(yīng)晶體管（CFET）架構(gòu)，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(guān)鍵問題：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。這些技術(shù)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(xué)的熊熊和吳艷清在評論中強調(diào)，這些工藝改進為CFET架構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

其他亮點

會議還展示了以下關(guān)鍵技術(shù)：

• 臺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(fù)眼廣視場技術(shù)的突破。

總結(jié)

2024年IEDM會議以“塑造未來的半導(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展。這些技術(shù)的突破不僅推動了半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，也為未來設(shè)備小型化、性能優(yōu)化和新興應(yīng)用場景提供了重要指引。