4、硅烯和锗烯纳米带在互连应用中的研究

硅烯和锗烯纳米带在互连应用中的研究

1. 引言

在过去几十年里，集成电路（IC）在日常电子产品中得到了广泛应用，这凸显了它们的重要性和实用性。不同的应用需求促使人们希望在同一IC上实现多种功能，从而推动了IC上器件的不断小型化。传统上，IC中的场效应晶体管（FET）通常采用块状或三维半导体沟道材料，主要包括硅、锗和其他III - V族半导体。在过去的五十年里，研究人员和技术专家成功地将这些块状材料制成的器件尺寸缩小到亚纳米级，这与戈登·摩尔的著名预测（即摩尔定律）相符，该定律指出芯片上晶体管的密度每两年将翻一番。

基于这一预测，研究人员、技术专家和行业制定了国际半导体技术路线图（ITRS）。然而，随着有源沟道长度进入纳米级，这些策略和预测开始出现问题，主要原因如下：
- 在纳米尺寸下，载流子在沟道中的输运不再主要遵循统计力学定律（通常是玻尔兹曼输运方程）。
- 控制端（通常称为栅极）的静电控制变得不合适。
- 器件中的短沟道效应变得显著，包括电流泄漏和因静态功率增加导致的散热问题。
- 器件之间的接触和互连变得更加重要，因为在界面处消耗的功率相对较多，而不是沟道本身。

因此，研究人员正在从电路、器件和材料等各个层面寻找可能的解决方案。为了解决短沟道效应，人们正在研究如多栅晶体管、FinFET、TFET、全环绕栅极FET和超薄体晶体管等器件。此外，功率门控和使用多阈值晶体管等电路级技术也被广泛应用。这些方法通常被称为自上而下的方法，用于缓解器件缩放问题。

自理查德·费曼提出“底部有很大的空间”这一观点以来，自下而上的观点一直被认为是理解各种基本特性的独特方法。近年来，随着计算和合成技术的进步，自下而上的方法为新一代纳米级器