基于柔性塑料薄膜的高性能晶体管面世

2016年05月04日09:28 来源：互联网

据外媒报道，美国威斯康星大学麦迪逊分校(UW Madison)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。

高性能晶体管面世

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。

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。

虽然听起来工作量很大，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》(Scientific Reports)期刊上。

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