来自清华大学官网的消息，集成电路研究所任教授团队在小尺寸晶体管研究方面取得重大突破，首次实现了亚1纳米栅长、电学性能良好的晶体管。
据清华大学介绍，目前主流行业晶体管的栅极尺寸都在12nm以上。日本在2012年实现了等效3nm的平面无结硅基晶体管，美国在2016年实现了物理栅长1nm的平面硫化钼晶体管，而清华大学目前等效物理栅长为0.34nm。
官网介绍，为了进一步突破1 nm以下栅极长度晶体管的瓶颈，我们的研究团队巧妙地利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性作为栅极，通过石墨烯的横向电场控制垂直MoS2沟道的开关，从而实现了0.34nm的等效物理栅极长度。
通过在石墨烯表面沉积铝并自然氧化，屏蔽了石墨烯的垂直电场。然后以原子层沉积的二氧化铪作为栅介质，以化学气相沉积的单层二维二硫化钼薄膜作为沟道。
研究发现，与体硅相比，单层2D MoS2薄膜具有更大的有效电子质量和更低的介电常数，在超窄的亚1纳米物理栅长的控制下，可以有效地实现晶体管的开关，其关态电流在pA量级，开关比可以达到105，亚阈值摆幅约为117 mV/dec，大量实验测试数据的结果也验证了这种结构下大规模应用的潜力。
基于TCAD(process computer aided design)的模拟结果进一步表明，石墨烯边缘电场可以有效调节MoS2垂直沟道，同时可以预测缩短沟道长度条件下晶体管的电学性能。
这项工作推动摩尔定律进一步发展到亚1纳米水平，为二维薄膜在未来集成电路中的应用提供了参考。
上述成果于3月10日在线发表在国际顶级学术期刊《自然》 (Nature)上，标题为“亚1纳米栅长的垂直MOS 2晶体管”。
