【消費電子實驗室-2022/3/18】近日，清華大學任天令教授帶領團隊在小尺寸晶體管研究方面取得突破，首次實現了具有亞1納米柵極長度的晶體管，并具有良好的電學性能。據消費電子實驗室了解，相關成果以《具有亞1納米柵極長度的垂直硫化鉬晶體管》為題，于近日在線發表在國際頂級學術期刊《自然》上。

英特爾公司創始人之一戈登·摩爾在1965年提出：“集成電路芯片上可容納的晶體管數目，每隔18至24個月便會增加一倍，微處理器的性能提高一倍，或價格下降一半。”這在集成電路領域被稱為“摩爾定律”。

過去幾十年，晶體管的柵極尺寸在“摩爾定律”的推動下不斷微縮。然而近年來，隨著晶體管的物理尺寸進入納米尺度，電子遷移率降低、漏電流增大、靜態功耗增大等短溝道效應越來越嚴重，這使得新結構和新材料的開發迫在眉睫。根據信息資源詞典系統報道，目前主流工業界晶體管的柵極尺寸在12納米以上，如何促進晶體管關鍵尺寸的進一步微縮，引起了業界研究人員的廣泛關注。

學術界在極短柵長晶體管方面做出了探索。2012年，日本產業技術綜合研究所報道了基于絕緣襯底上硅實現V形的平面無結型硅基晶體管，等效的物理柵長僅為3納米。2016年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室和斯坦福大學在《科學》期刊報道了基于金屬性碳納米管材料，實現了物理柵長為1納米的平面硫化鉬晶體管。

為進一步突破1納米以下柵長晶體管的瓶頸，任天令研究團隊利用石墨烯薄膜超薄的單原子層厚度和優異的導電性能作為柵極，通過石墨烯側向電場來控制垂直的MoS2溝道的開關，從而實現等效的物理柵長為0.34納米。團隊通過在石墨烯表面沉積金屬鋁并自然氧化的方式，完成了對石墨烯垂直方向電場的屏蔽，再使用原子層沉積的二氧化鉿作為柵極介質、化學氣相沉積的單層二維二硫化鉬薄膜作為溝道。

這項工作推動了“摩爾定律”進一步發展到亞1納米級別，同時為二維薄膜在未來集成電路的應用提供了參考依據。