三五族半导体将无限延长摩尔定律寿命?

2014-09-17 08:54:06来源: 互联网

    美商 POET Technologies 预言,砷化镓(Gallium arsenide,GaAs)很快就会取代矽,成为高性能晶片的材料选择;而曾任职于贝尔实验室(Bell Labs)的该公司共同创办人暨首席科学家Geoff Taylor表示,上述论点自1980年代就已经被提出。

    Taylor指出,相较于矽,砷化镓能在提升电晶体性能的同时,整合光学电路的功能;这些特质能带来更高的性能以及创新的晶片架构,并因此让摩尔定律(Moore's Law)寿命无限延长。“数位逻辑矽晶片在4GHz就会遇到瓶颈,但我们今日已经能制造小型的砷化镓类比电路,切换频率达到100GHz,而且在不远的将来还能进一步达到400GHz;”他在接受EETimes美国版编辑访问时表示:“只要加上POET打造的光学发射器以及探测器做为晶片上光学互连。”

    在同一颗晶片上结合标准逻辑单元以及光学元件,是设计方法上的一大改变,POET是取得了EDA供应商Synopsys的协助,才成功设计出光电混合元件;举例来说,光学回路能实现超低抖动振荡器,且频宽高于矽材料。POET也打算以多波长方式,打造超精密的类比数位转换器,透过将电压编码为波长,用更低功耗以及更少元件产出更高解析度以及位元率。

    其他砷化镓这类三五族半导体(III-V)材料超越矽的优势,包括较低的操作电压──藉由应变量子阱(strained quantum wells)达到最低0.3V,电子迁移率12,000 cm2/ (V·s)──POET表示,如此能将三五族晶片功耗降低十倍以上。不过目前砷化镓晶圆片比矽晶元的成本高出许多;对此Taylor表示,新一代矽晶片采用的FD-SOI制程,成本其实与砷化镓差不多。

    大多数三五族元素,包括铟(In)、镓(Ga)、砷(As)以及磷(phosphorous,P),都有比矽更高的电子迁移率,但在制造上也有特定的问题使得它们无法取代矽材料;换句话说,缺乏数位电路的强化元件,以及缺乏互补设计的p通道电晶体。在打造能在上面同时制作出n型与p型电晶体的基板之前,POET已经发现了一个方法,能在砷化铟镓以及砷化镓晶圆片上长出连续层(successive layer),每一层都有一点铟。

    p型电晶体最终可在应变砷化铟镓量子阱中,以大约1900 cm2/(V·s)的电洞迁移率被制作出来,而n型电晶体的迁移率更高、达8500 cm2/ (V·s);至于矽的迁移率仅1200 cm2/ (V·s)。POET期望能将n型电晶体的迁移率提升至12,000,以实现超高数位逻辑率的互补HFET。

POET技术开发历程

    在任职于贝尔实验室时所开发的三五族晶片技术专利过期之前数年,Taylor就转往康乃狄克大学(University of Connecticut)工作,后来他也在那里重新开始进行贝尔实验室的研发题目,不过将内容由单个n通道的电/光混合技术,转为双通道电/光混合技术的开发,期望能在未来藉由互补性的电/光电路,让摩尔定律寿命无限制延长。

    Taylor将该技术命名为平面光电技术(Planar Opto Electronic Technology,POET),康乃狄克大学已经取得专利,是POET的独家授权者。POET公司技术长Daniel DeSimone表示:“我们的平面电子技术PET,是超越过去以类NMOS电路架构为基础的砷化镓技术之一大进展,因为我们拥有可整合的平面式光学与电子元件能互补,因此能用 CMOS制程。”

    POET的电晶体通道是砷化铟镓材料,如果将镓去掉(也就是纯块状砷化铟),理论上能达到40,000 cm2/ (V·s)的迁移率。不过POET表示,那是无法达成的、只能尽可能接近;到目前为止,该公司已经将电晶体通道的铟成分提升至53%,并有信心可进一步提升至80%。

    “我们是以一种愚弄大自然的独特变性方法,藉由改变晶格常数(lattice constant)来达成上述结果;”Tylor表示:“首先,我们以砷化镓为基底,在其上堆叠一层又一层1微米(micron)厚的砷化铟镓应变层,直到产生与磷化铟(InP)晶格常数相对应的天然量子阱。以上的成分控制室是以分子束磊晶(Molecular-beam epitaxy,MBE)技术来进行。”

    POET已经与一家第三方晶圆代工业者签署合作协议,预计在今年稍晚以0.1微米制程实际验证其技术,并在2015年迈向40奈米制程节点;这听起来似乎落后已经来到20奈米节点、甚至14奈米节点的矽技术许多,不过POET强调这种比较是不公平的,其40奈米制程元件的性能应该要与14奈米或10奈米矽晶片来比较。

    DeSimone表示:“我们的40奈米砷化镓元件在速度上领先矽晶片三个制程世代,在功耗上则领先四个世代,而整合密度是差不多的;因此40奈米制程的砷化镓元件,应该要在速度上与14奈米矽晶片比较,在功耗上则是与10奈米矽晶片比较。”

关键字:三五族半导体  摩尔定律

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/manufacture/2014/0917/article_10395.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
三五族半导体
摩尔定律

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 市场动态 半导体生产 材料技术 封装测试 工艺设备 光伏产业 平板显示 电子设计 电子制造 视频教程

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved