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5nm技术节点新突破,碳纳米管CMOS器件性能提高不止一点点

作者:中国科学院成都有机化学有限公司 来源:http://www.timesnano.com 日期:2017-01-23 13:10:21


      性能遥遥领先传统硅器件

在此基础上,课题组全面比较了碳纳米管CMOS器件的优势和性能潜力。研究表明,与相同栅长的硅基CMOS器件相比,碳纳米管CMOS器件具有10倍左右的速度和动态功耗(能耗延时积, EDP)综合优势,以及更好的可缩减性。
对实验数据分析表明,5纳米栅长的碳管器件开关转换仅有约1个电子参与,并且门延时达到了42fs,非常接近二进制电子开关器件的极限(40fs),该极限由海森堡测不准原理和香农-冯诺依曼-郎道尔定律(SNL)决定。表明5纳米栅长的碳纳米管晶体管已经接近电子开关的物理极限。

图3: 碳纳米管CMOS器件与传统半导体器件的比较。A: 基于碳管阵列的场效应晶体管结构示意图;B-D:碳管CMOS器件(蓝色、红色和橄榄色的星号)与传统材料晶体管的亚阈值摆幅(SS),本征门延时和能量延时积的比较。
 
研究人员研究了接触尺寸缩减对器件性能的影响,探索了器件整体尺寸的缩减。将碳管器件的接触电极长度缩减到25纳米,在保证器件性能的前提下,实现了整体尺寸为60纳米的碳纳米管晶体管,并且成果演示了整体长度为240纳米的碳管CMOS反相器,这是目前实现的最小纳米反相器电路。
 
该成果的重要意义

这是中国首次掌握了世界上最先进的晶体管技术,如果能加以推广,将会成为未来最先进的芯片制造技术。这种新技术的出现,使得国内半导体制造首次有机会引领世界领先水平。
硅基技术即将发展到尽头,传统芯片的性价比提升空间非常小。Intel, 三星,TSMC三大巨头,特别是Intel一直在寻找新一代半导体器件技术,但是新的技术在原有硅基技术上提升非常有限。我们的掌握的碳管技术与最先进的硅基技术相比性能上六代以上的优势,约20年的发展。 所以,如果碳基技术实现产业化,将有可能彻底改变半导体制造行业的格局,Intel,三星和台积电的优势不复存在,而我国会拥有最先进的芯片技术。
研究成果表明在10纳米以下技术节点,碳纳米管CMOS器件相对于硅基CMOS器件具有明显优势,且有望达到由测不准原理和热力学决定的二进制电子开关的性能极限。

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