【儀表網 研發快訊】集成電路的發展是信息時代的基石。隨著摩爾定律逼近物理極限，業界對新一代半導體材料和器件的探索愈發迫切。近日，南京大學集成電路學院王欣然教授、李衛勝副教授團隊與合作者取得了一項里程碑式進展。他們創新開發出銻晶體外延接觸技術，成功解決了二維半導體在亞20納米尺度下的高性能歐姆接觸難題，研制出關鍵尺寸逼近1納米節點要求的高性能晶體管，為集成電路邁入“埃米時代”提供了關鍵的器件解決方案。
挑戰：器件尺寸微縮的“攔路虎”
二維半導體材料，如二硫化鉬(MoS?)，因其僅有原子層的厚度和優異的電學特性，被視為延續摩爾定律的理想候選材料。然而，要將其實用化并應用于最先進的集成電路，必須將晶體管的整體尺寸，特別是“接觸柵間距”(CGP)縮減至納米甚至亞納米尺度。根據國際路線圖，1納米節點要求晶體管的接觸長度小于20納米，同時接觸電阻必須低于一個極低的閾值。
當前技術面臨的核心困境是：當金屬電極與二維半導體的接觸長度縮短到20納米以下時，會出現嚴重的“電流擁擠效應”，導致接觸電阻呈指數級飆升，成為制約器件性能與尺寸微縮的根本性瓶頸。
突破：原子級精度的“銻晶體”接觸
面對這一世界性難題，研究團隊獨辟蹊徑，在前期研究基礎上，創新性地采用了分子束外延技術，在二硫化鉬上直接生長出高純度、單一取向的銻(Sb)單晶薄膜作為接觸電極。
與傳統的蒸鍍金屬電極相比，這項技術帶來了兩大革命性優勢：
原子級銳利界面：分子束外延實現了銻晶體與二維半導體之間近乎完美的原子級結合界面，極大降低了載流子注入的勢壘。
超短傳輸長度：基于銻晶體獨特的軌道雜化增強接觸機制，載流子的有效注入長度(傳輸長度)被縮短至驚人的13納米。這意味著即使物理接觸長度做得很短，電流也能被高效、均勻地注入半導體溝道，從而從根本上抑制了電流擁擠效應。
成果：滿足1納米節點要求的晶體管
利用這項突破性的接觸技術，團隊成功制造出了接觸長度僅18納米、柵長17納米的二硫化鉬晶體管。測試結果表明，該器件在極低的電壓下實現了高驅動電流、極高的開關比和極低的關態漏電，所有關鍵性能指標均滿足國際器件與系統路線圖對1納米技術節點的嚴苛要求。
更重要的是，技術演示了良好的均一性與重復性，展現了其從實驗室走向未來晶圓制造的潛力。器件仿真進一步證實，該技術有能力支撐晶體管尺寸繼續微縮至亞1納米節點。
意義：為“后硅時代”集成電路開辟道路
這項發表于《自然·電子學》的成果，其意義不僅在于實現了一個高性能晶體管。它更重要的意義在于，為二維半導體這一極具前景的材料體系掃清了通往最先進集成電路應用的最大障礙之一——超短溝道下的接觸問題。
它向業界證明，二維半導體有能力承載起延續摩爾定律的重任，為芯片性能的持續提升和功耗的持續降低提供了切實可行的新路徑。隨著相關技術的進一步成熟，我們有望在未來的人工智能、移動計算等需要極高能效比的領域，看到基于此類新原理器件的芯片誕生。
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