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矽分子絕緣體使半導體先進製程推向極限

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科技產業資訊室 -黃松勳 發表於 2018年6月22日

圖、矽分子絕緣體使半導體先進製程推向極限

不斷縮小的電晶體是計算器處理速度更快、效率更高的關鍵,自1970年代以來,電子技術的進步,主要是受到這些微小化元件同步增長與穩健步伐的驅動,這些元件的尺寸同時也變得更小、更強大,並將技術推進到目前的奈米尺寸。但近年來,研究人員對於電晶體是否能克服其尺寸的限制而感到困擾,其中,阻礙其進一步微小化的障礙就是“漏電”問題。
 
當兩個金屬電極之間的間隙,窄到電子都無法被其阻擋層所抵擋時,就會產生漏電問題,即為量子穿隧效應。隨著間隙不斷地縮小,這種電子穿隧傳導的機率會以指數的形式增加,使得元件在微小化過程受到嚴峻的挑戰。科學上的共識一直認為真空屏障是減少穿隧效應的最有效手段,使其成為電晶體絕緣的最佳選擇。但是,即使是真空屏障,也可能會因為量子穿隧效應而導致漏電的疑慮。
 
在Nature期刊上報導,哥倫比亞大學與上海師範大學和哥本哈根大學的研究人員合作,設計出一種寬度不到1奈米的矽基分子絕緣屏障,可以使電子波動性受到全面破壞性干涉,阻擋奈米尺度下的電子穿隧傳導。此種量子干涉發生在不同相的兩個波峰和波谷,類似於聲波,抵銷振盪,使穿隧的機率完全被消除掉,使分子的絕緣效果比相同尺寸的真空間隙更好,且不需使用更厚的牆。
 
他們的研究顯示,矽分子導線可作為開關,透過改變它們的結構,可以製成絕緣體,也有助於未來的奈米級電子元件製造。(549字;圖1)
 

參考資料:
Single molecular insulator pushes boundaries of current state of the art. Science Daily,2018/6/6
Comprehensive suppression of single-molecule conductance using destructive σ-interference. Nature,2018/6/6
 

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