基于二维材料的等价1纳米技术节点的有价值和低预算的工艺方案
Yang Shen1, Zhejia Zhang2, Zhujun Yao3
1College of Integrated Circuit Science and Engineering, Shanghai Key Laboratory of Multidimensional Information Processing, East China Normal University, Shanghai, 200241, People's Republic of China.
Nano-micro letters
|March 18, 2025
概括
二维 (2D) 半导体为超级晶体管提供了成本效益高的解决方案,在1纳米节点的性能优于互补场效应晶体管 (CFET). 这些2D纳米板场效应晶体管 (NSFET) 在固定功耗下显示了显著的频率改进.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 半导体物理 半导体物理
- 纳米电子学纳米电子学
背景情况:
- 新兴的二维 (2D) 半导体对于超级晶体管至关重要,因为它们的原子厚度.
- 目前的纳米板场效应晶体管 (NSFET) 和互补FET (CFET) 面临越来越多的复杂性和成本.
- 预计1纳米技术节点将使用Si-CFET,但正在探索替代解决方案.
研究的目的:
- 探索二维半导体在下一代晶体管中降低工艺成本的潜力.
- 在面积,功率和速度方面,与下一代节点匹配2D半导体的性能.
- 为了验证替换基于的CFET用2D-NSFET替换1nm节点的可行性.
主要方法:
- 二硫化物 (MoS2) NSFET的制造和表征,以提取关键性能参数.
- 将2D-NSFET与Si-CFET进行比较,通过缩放设备足迹以使其相当.
- 开发一个标准的单元库,用于评估16位RISC-V CPU中的2D半导体性能.
主要成果:
- 超级缩放的2D-NSFET在固定功耗下,与Si-CFET相比,其频率提升了36%,并且具有相当的足迹.
- 迷你化2D-NSFET在固定功耗下实现了28%的频率增加,这是由于其较低的特征长度.
- 使用基于2D半导体的标准电池的16位RISC-V CPU与相比显示了类似的性能趋势.
结论:
- 这项研究提出了一个可行的2D技术解决方案,称为"2D eq 1nm"节点,用于1nm技术节点.
- 2D半导体为先进技术节点中的高速和低功耗集成电路提供了显著的优势.
- 这些发现量化并突出了二维材料的好处,为其在下一代电子产品中的更广泛应用铺平了道路.
