负电容锗基MOSFET器件研究领域获得突破性进展

郝跃院士团队论文在IEDM 2016国际微电子器件领域顶级会议发表

西电新闻网讯（通讯员程珺）西安电子科技大学微电子学院郝跃院士研究团队在负电容锗与锗锡沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）研究领域取得了突破性进展，首次通过实验系统地验证了铁电MOSFET器件中的负电容效应以及负电容对器件电流和亚阈值摆幅的提升作用。

日前，在美国旧金山举行的2016年IEEE International Electron Devices Meeting（简称IEDM）会议上报道了该研究成果，并收录了论文《Ferroelectric HfZrOx Ge and GeSn PMOSFETs with Sub-60 mV/decade Subthreshold Swing, Negligible Hysteresis, and Improved IDS》。

新型微纳米CMOS器件研究课题由郝跃院士团队的韩根全教授和博士生周久人等20余名研究生组成。近期，课题组开展了基于铁电材料铪锆氧（HfZrOx）和高迁移率锗基沟道负电容MOSFET器件研究。通过利用负电容对沟道电场的放大效应，有望突破传统MOSFET器件室温下亚阈值摆幅不能小于60mV/decade的物理限制，并提升器件电流；锗和锗锡的负电容器件最小亚阈值摆幅达到21 mV/decade，并获得比传统器件更高的工作电流。在器件的测试电容-电压曲线中观测到了负电容效应导致的反型层电容大幅度提升现象，加州大学伯克利分校研究人员在IEDM 2016上报道的相关理论证明，与西电研究的实验结果非常一致。会议报告和论文引发了加州大学伯克利分校、东京大学以及台湾国立大学等单位相关研究组的极大兴趣，并展开了深入讨论。

“后摩尔时代新器件技术”是郝跃院士及其团队近年来力推的研究方向。随着CMOS技术节点按比例缩小（scaling）逐渐走向终结，后摩尔时代新器件将影响和决定未来微电子器件技术发展和集成电路产业格局。韩根全教授和周久人共同完成的这篇关于负电容锗和锗锡MOSFETs的论文是Beyond CMOS器件研究，正是后摩尔时代新器件技术的热点和重要研究课题。该研究工作得到国家优秀青年科学基金项目和国家自然科学基金重点项目的资助，是宽禁带半导体技术国家重点学科实验室重点支持的研究课题。

IEDM（International Electron Devices Meeting）始于1955年，是国际微电子器件领域的顶级会议，也是IEEE旗下的王牌会议之一，在国际微电子领域享有权威的学术地位和广泛的影响力，被誉为“微电子器件领域的奥林匹克盛会”。IEDM主要报道国际微电子器件领域的最新研究进展，以及该领域极具应用前景的研究成果，是全球知名学术机构、高校以及行业领军企业报告其最新研究成果和技术突破的主要窗口与平台，如Intel、IBM等国际知名公司的许多核心技术都是在IEDM上首次披露，因此，IEDM会议又是国际微电子器件领域的“风向标”。郝跃院士团队的相关研究论文在IEDM上发表，标志着西安电子科技大学在先进微电子器件研究领域正逐步走向世界前列。

相关结果截图：负电容锗（左图）和锗锡（右图）MOSFET栅结构TEM图

相关结果截图：负电容锗MOSFET（FE HZO Ge pFET）实现小于60 mV/decade 亚阈值摆幅（左图），器件展示了带有明显的负电容特性的电容曲线（右图）

文章信息：

Jiuren Zhou, Genquan Han, Qinglong Li, Yue Peng, Xiaoli Lu, Chunfu Zhang, Jincheng Zhang, Qing-Qing Sun, David Wei Zhang, and Yue Hao, “Ferroelectric HfZrOx Ge and GeSn PMOSFETs with Sub-60 mV/decade Subthreshold Swing, Negligible Hysteresis, and Improved IDS,” Electron Devices Meeting (IEDM), 2016 IEEE International, Pages: 12.2.1 - 12.2.4