Непосредственн-Напишите Изготовление Транзисторов 1D и Стробов Логики Non-CMOS: Стимул для Nanoelectronics, котор нужно Созреть

Др. Somenath Roy

Др. Somenath Roy, Научный Работник Исследования, Институт Биоинженерии и Нанотехнология (IBN), Сингапур
Соответствуя автор: sroy@ibn.a-star.edu.sg

Транзистор, вымысел который heralded новая эра в электронике, ключевой компонент практически всех интегральных схема (ICs) и микропроцессоров. Транзистор пункт-контакта которому Вальтер H. Brattain, Американский Физик и Нобелевский Лауреат, изобретенные в 1947 на ломте германего прошло многочисленние участки метаморфозы в своих зодчестве, размере и представлении. После закона Гордона E. Moore, размер транзистора в IC застенчив драматически над декадами и окончательно был уменьшен к располагая ступенями узлу 32 nm, например, в обработчиках Сердечника i7-980x Intel 61.

Для того чтобы справиться с everincreasing требованием для малого, более умные и более быстрые устройства, производители компьютерных чипов стремятся вычислить по маштабу их вниз более далее. В действительности, и Intel и Nvidia предсказывали эмерджентность технологического прочесса 11 nm в пределах следующих 5 лет2. Но сколько времени полупроводник комплементарной окиси металла (CMOS) downscaling будет продолжаться быть устойчив? Что главные камни преткновения вперед?

Возможности Шкалирования CMOS

Замысловатости Изготовления не представляют единственную возможность к вычислять по маштабу. Пока раскрытие литографирования погружения следующего поколени с двойным делая по образцу, весьма ультрафиолетов (EUV) литографированием или другие новаторские методы смогли вероятно сделать работу, другому ключевому рассмотрению нужно быть адресованным.

Ожидано, что введен значительно предел шкалирования статической диссипацией силы связанной с различными механизмами утечки. По Мере Того Как размеры прибора сжимают, прокладывать тоннель суммы несущих через изолятор строба и соединение тел-к-стока poised для того чтобы быть большей частью; представляющ цепи нефункциональным. На этой стадии, обычная технология CMOS правоподобна для того чтобы ударить стену, принуждая производителей компьютерных чипов поохотиться для альтернативных материалов и гибридных платформ технологии.

Альтернативная Платформа, Романная Стратегия Изготовления

Недавние выдвижения в исследование nanomaterials стимулировали эксплуатирование материалов quasi-1D как nanotubes углерода и semiconducting nanowires (или nanorods) для того чтобы начать романные зодчеств прибора3,4. Должно к явлениям перехода суммы, nanomaterial-основанные приборы показывают поразительные свойства, некоторые чего беспрецедентен для кремния5-7. Однако, отсутсвие контролируемого агрегата, замысловатости изготовления и низкое объём представляют упорние возможности к выдвижению от одиночного прибора к функциональной цепи. Задача нашего исследования на Институте Биоинженерии и Нанотехнологии (IBN) адресовать одну из этих критических возможностей, т.е. объём изготовления, которое строго скомпрометировано в обычных методах как литографирование луча электронов (e-луча).8

Мотивированно фактом что сфокусированная система двойн-луча (луч луча электронов и иона) может депозировать металлы и изоляторы в situ без потребности для любого pre-индицирования или сопротивлять сделать по образцу9, мы исследовали осуществимость производить дискретную, так же, как интегрировали элементы прибора с более высоким объём (FIG. 1). Хотя изготовление транзисторов и других схемных элементов используя систему двойн-луча все еще последовательный процесс, сопротивлять-свободные, непосредственн-пишут метод существенно уменьшают число отростчатых шагов, которое в свою очередь способствует к отростчатому выходу.

Диаграмма 1. Художническое представление системы двойн-луча (электрон и ионный луч) включило в непосредственн-сочинительстве радиотехнических схем nanoscale. Сопротивлять-свободный метод уменьшает число отростчатых шагов по сравнению с тем, котор включили в литографирование e-луча.

Непосредственн-Напишите Изготовление Индивидуальных Транзисторов Пол-Влияния

Используя романную стратегию, мы успешно демонстрировали сопротивлять-свободное изготовление и транзисторов пол-влияния расход-режима (D-Режима) и повышени-режима (E-Режима) (FETs) на одиночн-кристаллических nanowires ZnO10. D-Режим или «нормально на» FETs колоец - одетый для недорогого, применения pre-регулятора, которые веротерпимы высоковольтных падений и диссипации силы между источником питания и этапом регулятора выхода. С другой стороны, E-Режим или «нормально с» FETs предлагает преимущество низкого течения утечки -положения, которое первостепенной значительности для самомоднейших беспроводных устройств.

Планы D-Режима и FETs E-Режима изготовленных на идентичных nanowires ZnO схематически проиллюстрированы в FIG. 2. Источник (S) и контакты стока (D) омовские к каждому nanowire были сделаны сфокусированными (FIB) ион-луч-депозированными прокладками Pt (покрашенным серым цветом), и были соединены к micropatterned электродам Au и пусковым площадкам выпуска облигаций. Для FET D-Режима, электрод строба (G) на состоят из центре, котор FIB-депозировал Pt и был изолирован от канала nanowire изолируя слоем (светом - покрашенной синью). Частично расход канала наблюдался под условием уравновешения (zero смещения). С применением постепенно отрицательного смещения строба, течение канала уменьшило и окончательно перестало на напряжении тока вокруг -3,4 V, напряжении тока строба порога для FET D-Режима.

Диаграмма 2. Схематические чертежи изготовленных режима расхода и FETs режима повышения на nanowires ZnO

В случае транзистора E-Режима, однако, электрод строба был составлен платины (коричневого цвета в схеме), которая сразу была депозирована на nanowire ZnO сфокусированным лучом электронов (FEB) и сформировала Schottky-Отстробированное MESFET. Приближение обедненного слоя предсказывает что nanowire с диаметром 80-90 nm должно полно быть истощено Ù-Форменным окружающим верхним стробом который делает Schottky контактировать к каналу. В действительности, утечка настоящее ~10A-13 была измерена на zero смещении строба. От кривого характеристик перехода, были высчитаны, что были значения напряжения тока порога,m trans-електропроводимостьь (g) и включеный-выключеный коэффициент 1,1 V, 55 nS и > 106, соответственно.

Шаг К Внедрению

После характеризовать индивидуальные транзисторы E- и D-Режима на дискретных но идентичных nanowires ZnO, мы сделали попытку интегрировать 2 типа FETs на одиночном nanowire для того чтобы вывести функциональность инвертора логики (FIG. 3). Элементарный инвертор логики состоит из активного прибора переключения, или «водителя», последовательно с прибором «нагрузки». Транзистор E-Режима предпочтен для пользы по мере того как водитель как польза водителя D-Режима требовал бы, что дополнительный уровн-сдвигатель сделал уровни напряжения тока входного сигнала и выхода из строба логики совместимого. Наоборот, транзистор D-Режима предпочтен как нагрузка потому что инверторы расход-нагрузки показывают (I) острый переход характеристик перехода (VTC) напряжения тока и более лучший допустимый предел шума, (ii) одиночное электропитание, и (III) более малая общая зона плана.

Диаграмма 3 схематически показывает цепь инвертора расход-нагрузки. Для подачи напряжения +5 V, переход от «логически 1" до «логически 0" положение происходит в пределах 2,1 V. Увеличение напряжения тока инвертора увеличило с величиной VDD и достигло значение около 29 для VDD = 10,0 V, пока допустимые пределы шума для повсюду уровней сигнала были 2,52 V и 1,46 V, соответственно.

Диаграмма 3. Схематическая диаграмма изготовленного инвертора DCFL на одиночном nanowire. Электроды платины «сразу были написаны» используя или сфокусированный луч иона (серый) или луч электронов (коричневый цвет). Руководства контакта Au Microfabricated и пусковые площадки выпуска облигаций были использованы для взаимодействовать приборы с миром макроса. Голубой слой под одним из электродов строба Pt показывает в депозированном situ слое окиси кремния.

В заключение, метод изготовления одиночн-шага IBN obviates требующий много времени и трудоёмкий процесс литографированием для изготовления прибора nano-маштаба, и увеличивает точность и выход изготовления. С более высоким уровнем точности и объём, метод непосредственн-писания может предложить мощный метод для быстрого прототипирования футуристических nanoelectronic цепей.


Справки

1. Вариант Обработчика Intel® Core™ i7-980X Весьма: http://ark.intel.com/Product.aspx?id=47932
2. http://www.eetimes.com/electronics-news/4087879/SPIE-Intel-to-extend-immersion-to-11-nm; http://www.eetimes.com/electronics-news/4084065/Nvidia-chief-scientist-to-EDA-Give-us-power-tools
3. S.J. Загорать, A.R.M. Verschueren и C. Dekker «Транзистор Комнатной температуры Основанный На Одиночном Углероде Nanotubes,» Природа, 393 (1998) 49
4. Z. Zhong, D. Wang, Y. Cui, M.W. Bockrath и C.M. Lieber, «Блоки Поперечины Nanowire как Адресные Декодирующие Устройства для Интегрированного Nanosystems», Наука, 302 (2003) 1377 (2003)
5. A. Javey, Q. Wang, A. Ural, Y. Li и H. Dai. «Блоки Транзистора Nanotube Углерода для Многошаговых Комплементарных Генераторов Логики и Кольца,» Nano Письма, 2 (2002) 929
6. D. Ким, J. Huang, H. Голень, S. Roy и W. Choi, «Явления Перехода и Механизм Кондукции Одиночн-Огороженного Углерода Nanotubes (SWNT) на Соединениях Y- и Пересеченного,» Nano Lett., 6 (2006) 2821
7. Y. Cui, C.M. Lieber, «Функциональные Электронные Устройства Nanoscale Собранные Используя Строительные Блоки Nanowire Кремния,» Наука, 291 (2001) 851
8. Z. Chen, J. Appenzeller, Y. - M. Lin, J. Sippel-Oakley, A.G. Rinzler, J. Тянь, S.J. Ветер, P.M. Solomon и P. Avouris, Наука, 311 (2006) 1735
9. I. Utke, P. Hoffmann, J. Melngailis, «Газ-Помогать Сфокусированные Обрабатывать и Изготовление Луча Луча Электронов и Иона,» J. ВПТ. Sci. Technol. B, 26 (2008) 1197
10. S. Roy и Z. Gao, «Непосредственн-Пишут Изготовление Элемента Логики Nanoscale Цифров на Одиночном Nanowire,» Нанотехнология, 21 (2010) 245306

Авторское Право AZoNano.com, Др. Somenath Roy (Институт Биоинженерии и Нанотехнологии (IBN))

Date Added: Sep 19, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:40

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit