砷化銦或替代硅材料引科技革命

　據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)11月23日（北京時(shí)間）報道，美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家成功地將厚度僅為10納米的超薄半導體砷化銦層集成在一個(gè)硅襯底上，制造出一塊納米晶體管，其電學(xué)性能優(yōu)異，在電流密度和跨導方面也表現突出，可與同樣尺寸的硅晶體管相媲美。該研究結果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

盡管硅擁有很多令人驚奇的電子特性，但這些特性已經(jīng)快被利用到極限，科學(xué)家一直在尋找能替代硅的半導體材料，以制造未來(lái)的電子設備。伯克利實(shí)驗室材料科學(xué)分部的首席科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校電子工程和計算機科學(xué)教授艾里·杰維表示，最新的研究證明，半導體家族Ⅲ—Ⅴ族化合物中的一個(gè)成員砷化銦具有超強的電子遷移率和電子遷移速度，可以成為性能優(yōu)異的“硅替身”，用于制造未來(lái)低能耗、高速率的電子設備。

一直以來(lái)研究人員面臨的挑戰是如何將Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體同現有的生產(chǎn)硅基設備的低成本處理技術(shù)相結合，因為硅和Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體之間存在著(zhù)巨大的晶格失配度，讓這些化合物半導體直接在硅襯底上進(jìn)行異質(zhì)外延生長(cháng)面臨著(zhù)巨大挑戰，并可能導致產(chǎn)品出現大量缺陷。

杰維表示，他們使用了一種外延轉移方法，通過(guò)絕緣體上化合物半導體（XOI）平臺，將超薄的單晶砷化銦層轉移到硅/二氧化硅襯底上，然后用傳統的處理技術(shù)制造出了該晶體管設備。研究表明，該XOI技術(shù)平臺與絕緣體上覆硅（SOI）工藝一樣。

為了制造出XOI平臺，杰維團隊在一個(gè)初級源襯底上種植了單晶砷化銦薄膜（其厚度為10納米到100納米），接著(zhù)采用石板印刷的方式將薄膜蝕刻成有序的納米帶陣列，再用濕法刻蝕技術(shù)將該納米帶陣列從源襯底上移走，最后使用沖壓工藝將其轉移到硅/二氧化硅襯底上。

杰維認為，砷化銦化合物半導體薄層的尺寸非常小，再加上量子局限效應讓該材料的帶狀結構和傳輸性能相協(xié)調，因此，所得到的半導體具有優(yōu)異的電學(xué)性能。盡管他們僅僅使用了砷化銦，但該技術(shù)應該同樣適用于其他Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體。

杰維表示，新技術(shù)可以直接將高性能的光電二極管、激光二極管以及發(fā)光二極管集成在傳統的硅襯底上，下一步他們將研究該過(guò)程是否可以擴展來(lái)制造8英寸和12英寸芯片，而且該技術(shù)應該能使科學(xué)家在同一塊芯片上制造出P型和N型半導體。該技術(shù)的獨特性還在于，它使科學(xué)家能夠研究?jì)H幾個(gè)原子層厚的無(wú)機半導體的屬性。

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