为了避免硅基平面场效应晶体管因为尺寸减小带来的短沟道效应等缺陷，鳍式晶体管（FinFET）将沟道和栅极制备成类似于鱼鳍（Fin）的竖直形态。受制于微纳加工精度，FinFET的沟道宽度目前最小约3-5 nm。为进一步提高集成度，中科院金属研究所韩拯研究员（现任职于山西大学）、孙东明研究员与湖南大学刘松教授等人将传统硅基FinFET中的硅基沟道替换为单层二维原子晶体，首次演示了可阵列化、垂直单原子层沟道的鳍式场效应晶体管。

20世纪40年代以来，以微电子技术为主导的信息技术革命极大推动了科学技术的发展和社会的变革。过去几十年来，微电子技术产业沿摩尔定律取得了突飞猛进的发展，按照摩尔定律的预测，集成电路可容纳晶体管数目大约每两年增加一倍。目前集成电路中可实现的最小加工尺寸为3-5 nm。但随着集成电路特征尺寸逼近工艺和物理极限，进一步缩小晶体管器件特征尺寸极具挑战。

基于上述背景，韩拯教授等人团队设计了高~300 nm的硅晶体台阶模板，采用Bottom-up的生长制备方法使二维原子晶体替代硅基Fin，将FinFET的沟道材料宽度减小至单原子层极限的亚纳米尺度（0.6 nm），得到单原子层沟道的FinFET器件电流开关比达10^7，亚阈值摆幅达300 mV/dec。同时，获得了最小间距为50 nm的单原子层沟道鳍阵列，为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。

左：MOFET场效应晶体管的几种构型；右：单原子层极限沟道FinFET。

相关研究成果于2020年3月5日以“A FinFET with one atomic layer channel”为题发表在Nature Communications上。陈茂林博士、孙兴丹博士和刘航硕士为论文共同第一作者，韩拯教授、孙东明研究员、刘松教授和董宝娟讲师为共同通讯作者。

详情请点击论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-15096-0

（来源：《半导体学报》微信公众号）