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MOSFET工艺新突破:基于柔性塑料薄膜的高性能晶体管面世

http://www.ec.hc360.com2016年04月29日17:43T|T

    据外媒报道,美国威斯康星大学麦迪逊分校(UWMadison)的研究人员们,已经同合作伙伴联手实现了一种突破性的方法。不仅大大简化了低成本高性能、无线灵活的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的制造工艺,还克服了许多使用标准技术制造设备时所遇到的操作上的问题。该技术可用于制造大卷的柔性塑料印刷线路板,并在可穿戴电子设备和弯曲传感器等领域派上大用场。

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    研究人员称,这项突破性的纳米压印平板印刷制造工艺,可以在普通的塑料片上打造出整卷非常高性能的晶体管。

    由于出色的低电流需求和更好的高频性能,MOSFET已经迅速取代了电子电路中常见的双极晶体管。为了满足不断缩小的集成电路需求,MOSFET尺寸也在不断变小,然而这也引发了一些问题。

    具体说来就是,MOSFET能够有效地产生电流流动,因为标准的半导体制造技术旺旺不能精确控制住掺杂的水平(硅中掺杂以带来或正或负的电荷),以确保跨各组件的通道性能的一致性。

    通常MOSFET是在一层二氧化硅(SiO2)衬底上,然后沉积一层金属或多晶硅制成的。然而这种方法可以不精确且难以完全掌控,掺杂有时会泄到别的不需要的地方,那样就创造出了所谓的“短沟道效应”区域,并导致性能下降。

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    一个典型MOSFET不同层级的剖面图。

    不过威斯康星大学麦迪逊分校已经同全美多个合作伙伴携手(包括密歇根大学、德克萨斯大学、以及加州大学伯克利分校等),开发出了能够降低掺杂剂泄露以提升半导体品质的新技术。研究人员通过电子束光刻工艺在表面上形成定制形状和塑形,从而带来更加“物理可控”的生产过程。

    展开来说就是:(1)研究团队从给270nm厚的硅表面涂层‘正掺杂’开始,然后用电子束光刻生成的纳米沟槽,接着通过干蚀刻来制备硅纳米薄膜。(2)随后,研究人员取出硅纳米薄膜层,将之挪到另一个有粘合剂塑料涂层的衬底薄膜上。(3)最后一步是添加额外的干蚀剂来隔离和定义沟道区域,部署栅极电介质层和金属栅极。

    虽然听起来工作了很大,但与当前的半导体制造工艺相比,它算得上是一种相对简单的过程了。事实上,已经有报道称某新型晶体管在以38GHz的破纪录速度下运行,模拟显示其甚至能够在轻微优化后达到110GHz。

    除了速度的提升,新技术也没有影响制程的进一步缩小。研究人员还声称,新型晶体管特别适合于无线频率方面的应用,因为它就是为无线收发数据和电力而设计的,可穿戴电子设备和传感器将证明它有极大的价值。

    目前这项研究的详情,已经发表在近日出版的《科学报告》(ScientificReports)期刊上。

责任编辑:乔小倩

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