【儀表網 研發快訊】隨著集成電路密度不斷提高，晶體管的工藝節點不斷微縮，已逼近物理極限。三維互補式場效應晶體管(3D CMOS)技術成為破局的潛在路徑。傳統硅基3D CMOS集成技術熱預算較高，導致工藝復雜成本提高，并可能引發性能退化等問題，限制了其商業應用。
 

　　針對上述問題，中國科學院微電子研究所抗輻照實驗室李博研究員、陸芃副研究員團隊基于碳納米管材料低溫成膜能力，提出一種碳納米管/硅異質集成(CNT/Si Heterogeneous Integration)的3D CMOS技術，實現了180nm SOI器件后道的低溫(≤150℃)碳納米管器件集成。團隊提出了面向高性能數字電路應用的工藝優化方案，實現了碳納米管器件閾值電壓的精準調控，可完成N、P晶體管電學特性的匹配，3D CMOS噪聲容限顯著提升(NMH/NML = 0.404/0.353× VDD)，同時實現了高增益(~49.9)、超低功耗(390 pW)及高均一性(片間差異<6%)等優異性能。為論證該技術在先進工藝節點中的集成能力，團隊使用TCAD仿真搭建了14nm FinFET/CNT 3D CMOS電路單元，理論分析顯示其在噪聲容限和功耗方面優于商用14nm-FinFET工藝。
 

　　基于該研究成果的論文“Low-Thermal-Budget Construction of Carbon Nanotube p-FET on Silicon n-FET toward 3D CMOS FET Circuits with High Noise Margins and Ultra-Low Power Consumption”近期發表在國際著名期刊Advanced Functional Materials上(DOI:10.1002/adfm.202504068)。本工作由微電子所李博研究員團隊、南京大學朱馬光研究員團隊、安徽大學胡海波教授團隊合作完成，微電子所為第一單位。
 

圖1 碳硅三維異質集成CMOS FET器件示意圖
 

圖2 碳納米管器件與硅基器件的電性匹配
 

圖3 碳硅CMOS FET器件電學性能表現