砷化銦或替代硅材料引科技革命
●發(fā)布時間：2013-10-25 ●
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據美國物理學家組織網11月23日（北京時間）報道，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學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硅襯底上，制造出一塊納米晶體管，其電學性能優(yōu)異，在電流密度和跨導方面也表現(xiàn)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，但這些特性已經快被利用到極限，科學家一直在尋找能替代硅的半導體材料，以制造未來的電子設備。伯克利實驗室材料科學分部的首席科學家、加州大學伯克利分校電子工程和計算機科學教授艾里·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”，用于制造未來低能耗、高速率的電子設備。
一直以來研究人員面臨的挑戰(zhàn)是如何將Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體同現(xiàn)有的生產硅基設備的低成本處理技術相結合，因為硅和Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體之間存在著巨大的晶格失配度，讓這些化合物半導體直接在硅襯底上進行異質外延生長面臨著巨大挑戰(zhàn)，并可能導致產品出現(xiàn)大量缺陷。
杰維表示，他們使用了一種外延轉移方法，通過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(tǒng)的處理技術制造出了該晶體管設備。研究表明，該XOI技術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)異的電學性能。盡管他們僅僅使用了砷化銦，但該技術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(tǒng)的硅襯底上，下一步他們將研究該過程是否可以擴展來制造8英寸和12英寸芯片，而且該技術應該能使科學家在同一塊芯片上制造出P型和N型半導體。該技術的獨特性還在于，它使科學家能夠研究僅幾個原子層厚的無機半導體的屬性。
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