基于Si和2D材料的SRAM电路的预计性能范围从16nm到1nm技术节点
Yu-Cheng Lu1, Jing-Kai Huang2, Kai-Yuan Chao3
1Graduate School of Advanced Technology, Graduate Institute of Electronics Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan.
Nature nanotechnology
|June 21, 2024
概括
二维 (2D) 材料在静态随机存取存储器 (SRAM) 电路中比提供更高的性能. 这项研究表明,二维材料场效应晶体管 (FET) 为未来的电子产品提供了增强的稳定性,速度和能源效率.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 半导体物理 半导体物理
背景情况:
- 二维材料 (2DM) 正在成为先进电子产品的潜在替代品.
- 由于其电子性质和发展状态,二维过渡金属二甲基化物显示出前景.
- 之前的研究强调了2D材料场效应晶体管 (FET) 在超大尺度设备中表现优于,但电路层面的比较缺乏.
研究的目的:
- 为了比较基于二维材料和基于的静态随机访问存储器 (SRAM) 电路的性能.
- 分析电路层面的指标,包括稳定性,运行速度和在各种技术节点 (16nm到1nm) 的能源效率.
- 评估二维材料晶体管在先进半导体节点中减轻性能退化方面的潜力.
主要方法:
- 技术计算机辅助设计 (TCAD) 用于设备和电路模拟.
- 使用了校准的二硫化物 (MoS2) nFET和二化物 (WSe2) pFET.
- 包含多个技术节点的内置布局设计规则,以模拟SRAM功能.
主要成果:
- 与SRAM相比,基于二维材料的SRAM显示出更高的性能.
- 在1nm节点上,平面2D材料的FET显示电容低于3D晶体管.
- 具体的改进包括:细胞读取访问时间减少了 -16%,写入时间减少了 -72%,动态功率减少了 -60%.
结论:
- 平面2D材料晶体管为高性能,低功耗电路应用提供了显著的优势.
- 2DM可以减轻与先进节点中金属度降低和电线阻力增加相关的性能问题.
- 这项研究提供了全面的电路级分析,为下一代电子设备铺平了道路.
