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FeFET可望延長摩爾定律壽命

上網時間: 2015年01月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:鐵電  FeFET  電晶體  摩爾定律  記憶體 

美國德州大學(University of Texas)的研究人員指出,若它們能成功在鍺通道材料(germanium channel material)上製作鐵電閘極(ferroelectric gate)堆疊,就能催生取代DRAM、SRAM與快閃記憶體的通用記憶體,以及電腦所需的幾乎每一種電晶體;而其鐵電閘極研究成果也可望讓摩爾定律(Moore's Law)超越國際半導體技術藍圖(ITRS)所預計的2028年極限。

「我們還未製作出完整的鐵電場效電晶體(ferroelectric field-effect transistor),也就是 FeFET ,但我們已經證實,我們利用德州先進運算中心(Texas Advanced Computing Center)的超級電腦所做的詳細模擬是可以在實驗室實現的。」德州大學教授Alexander Demkov接受EETimes美國版編輯訪問時表示:「我們已經製作出完整的閘極堆疊,並取得了材料與製程技術的權限;我們的下一步是製作赭通道已完成FeFET。」

FeFET令人嚮往的原因,是能利用更快速的半導體通道材料──例如鍺或砷化鉀(GaAs)──來延長ITRS所預測的矽製程壽命,而且都是採用標準的CMOS矽製程。完全以FeFET所打造的電腦,能在你關機時仍記憶所有的設定,因此能快速開機並恢復到你關機前的狀態。Demkov表示:「我們還沒實驗過FeFET的記憶體結構,但相信它能作為一種速度比DRAM更快、密度比快閃記憶體更高的通用記憶體。」

矽基板上方鍺通道上的鐵電材料能無限期維持極性,讓以FeFET打造的電腦能快速開機
矽基板上方鍺通道上的鐵電材料能無限期維持極性,讓以FeFET打造的電腦能快速開機 (圖片來源:德州大學)

Demkov是與德州大學的博士候選人Patrick Ponath以及其他研究單位的人員一起進行這項研究,包括亞利桑那州立大學(Arizona State University)以及美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)。目前Demkov與德州大學的同事們正在試圖以化學沉積技術蝕刻鍺通道,以完成FeFET的研究:「我們缺乏能容易製作出FeFET所需的鍺或砷化鎵通道的設備,不過一旦此新製程技術能商業化,我們希望有產業界的夥伴能進一步提供協助;」

以副偏壓導電掃瞄探針來感測鐵電層開關的量測設定
以副偏壓導電掃瞄探針來感測鐵電層開關的量測設定 (圖片來源:德州大學)

要打造新製程技術最困難的部分,是要利用分子束磊晶(epitaxy)長出3D鈦酸鋇(barium titanate,BaTiO3)閘極,使其雙極能進行垂直切換;研究團隊已經利用壓電力與微波阻抗(piezoelectric-force and microwave-impedance)顯微鏡成功驗證其成果。這種新技術的其他應用還包括超高密度記憶體、超高效率太陽能電池,以及更高速的非揮發性可重配置邏輯單元(nonvolatile reconfigurable logic)。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: FeFET to Extend Moore's Law,by R. Colin Johnson)





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