새로운 운영 원리를 갖춘 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트 개발

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")NanoElectronics Research Division[연구 부서 이사 Kanamaru Masatake] 공동 연구 그룹 Green Nanoelectronics Center (이하 "GNC"라고 불림) Yokoyama Naoki, 공동 연구 그룹의 이사, Intermediate Payment Shu, Intermediate Intensive Research Specialists, Nanoelectronics Group, On Nanoelectronics Groups, Ongogowi Shinichi의 ​​연구원들의 연구원 나노 전자 연구 그룹, AISTNanodevices Center[Center Director Akinaga Hiroyuki], 재료 및 재료 연구 연구소 [Shiota Shiomashi 의장 Shiota Shiomashi] (이하 "제품 대행사"로 언급됨) 국제 나노 아카 사이 토닉 연구 센터 [Center Aono Masakazu] (이하 Aono Masakazu] (wpi-mana ") 최고 연구원들과 협력하여그래 핀개발 된 트랜지안전한 바카라 사이트

이번에 개발 된 트랜지안전한 바카라 사이트에서, 그래 핀에 2 개의 전극과 2 개의상단 게이트상부 게이트 사이의 그래 핀을 헬륨 이온으로 조사하여 결정 결함을 일으켰다 전하 이동을 효율적으로 제어하기 위해 두 개의 상단 게이트에 독립적 인 전압을 적용 할 수 있습니다 약 4 자리 숫자의 200K (약 -73 ° C)ON/OFF 비율| 보여졌다 게다가Transtor Polarity전기적으로 제어되고 반전 될 수 있지만 지금까지는 그러한 작업을 수행 할 수있는 트랜지안전한 바카라 사이트가 없었습니다 이 기술은 기존 실리콘 통합 회로 제조 기술에 사용될 수 있으며 향후 작동 전압 감소로 인해 초 전력 소비로 전자 제품의 실현에 기여할 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 2012 년 12 월 10 일부터 12 일까지 미국 샌프란시스코에서 개최 될 International Conference 2012를 참조하십시오국제 전자 장치 회의(IEDM 2012)에서 발표 될 예정입니다

프로토 타입 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트의 개념 다이어그램

최근에는 휴대용 정보 장치의 확산과 IT 장치의 기능 증가로 인한 전력 소비 증가에 대한 우려가 있었으며 전자 정보 장치의 전력 소비를 줄이기위한 사회적 요구가 증가하고 있습니다 이런 이유로대규모 통합 회로 (LSI)빠른 진전을 이루고 있으며, 기존의 트랜지안전한 바카라 사이트 구조에는 필수 한계가 있다고합니다 한편, 그래 핀은 실리콘의 전자 이동성의 100 배 이상을 가지며, 이는 전자 운동의 용이성을 나타내며 실리콘 및 기타의 필수 한계를 해결할 것으로 예상된다 이러한 이유에 기초하여, 그래 핀은 LSI 전력 소비를 낮추는 데 장애가 될 가능성이 있으며, 실리콘 이후 생성에서 새로운 기능적 원자 박막을 사용하여 초 저장 전력 소비 트랜지안전한 바카라 사이트의 재료로서 높은 기대치를 끌어 들이고 있습니다

그러나 그래 핀의 경우Bandgap가 없기 때문에 스위칭 트랜지안전한 바카라 사이트로 사용될 때 전류를 충분히 차단할 수 없습니다 또한, 밴드 갭을 형성하는 기술이 있지만, 전환 작업에 필요한 밴드 갭이 형성되면 전자 이동성이 감소된다 따라서, 작은 밴드 갭으로 효율적인 스위칭 작업을 허용하는 새로운 작동 원리를 갖는 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트가 필요하다

GNC는 2010 년 4 월에 설립되어 Catting-Edge Research and Development Support Program (First)에서 채택한 프로젝트를 구현하여 내각 사무소와 일본 과학 홍보 협회가 운영하는 프로젝트를 구현했습니다 5 개 회사 (Fujitsu Corporation, Toshiba Corporation, Hitachi Corporation, Renesas Electronics Corporation 및 ULVAC Corporation)의 두 번째 연구원 및 AIST 연구원으로 구성됩니다 GNC는 2010 년부터 AIST Nanoelectronics Research Division, AIST Nanodevices Center 및 Tsukuba Innovation Arena의 연구를 지원하기위한 프레임 워크 하에서 AIST Nanoelectronics Research Division, AIST Nanodevices Center 및 WPI-Mana와 함께 그래 핀의 전자 제품 적용에 대한 공동 연구를 수행하고 있습니다

이 연구는 First Project의 보조금 "Green Nanoelectronics의 핵심 기술 개발"(센터 연구원 Yokoyama Naoki)의 보조금으로 수행되었습니다

이시기에 개발 된 새로운 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트의 작동 원리는도 1 (a) ~ (c)에 도시되어있다운송 갭헬륨 이온 현미경¹⁵이온/cm²의 밀도로 조사함으로써 결정 결함이 도입되었다 상단 게이트 전압은 상단 게이트에 적용되고 정전기 적으로 제어 될 수 있으며, 채널의 양쪽에 그래 핀의 에너지 대역을 조절할 수 있지만, 상단 게이트 전압의 극성은 캐리어의 극성을 유발하여 그래 핀 전류를 운반하는 캐리어의 극성을 동일하게한다n 유형、p-type로 변경됩니다 채널의 양쪽의 극성이 다르면 트랜지안전한 바카라 사이트가 꺼지고 (그림 1 (b)), 극성이 동일하면 트랜지안전한 바카라 사이트가 켜집니다 (그림 1 (c)) OFF 상태에서, 종래의 트랜지안전한 바카라 사이트 (그림 1 (d) ~ 1 (f))는 전송 간격으로 채널의 끝에서 형성된 장벽에 의한 전하 전달이도 1에 도시 된 바와 같이 1 (e), 작은 장벽 만 얻을 수 있으므로 오프 상태의 누출 전류가 큽니다 반면에, 트랜지안전한 바카라 사이트는 이번에도 1에 도시 된 바와 같이 발전했다 1 (b)는 기존의 전송 간격 (그림 1 (e))의 경우보다 더 큰 장벽이며, 이는 전하 전달을 방지합니다 결과적으로, 기존 모델과 비교하여 더 나은 국가를 얻을 수 있습니다

이 트랜지안전한 바카라 사이트는 일반적인 이동성이 기존 장치보다 짧게 저하되는 채널의 길이를 허용합니다 또한, 작은 전송 간격조차도 효과적으로 꺼질 수있어 전송 간격이 기존 장치보다 작을 수 있습니다 이러한 특성으로 인해 트랜지안전한 바카라 사이트의 ON/OFF 작동이 기존 모델보다 빠르게 진행되므로 회로의 작동 전압이 감소 된 LSI는 전력 소비를 줄임으로써 실현 될 수 있다고 생각됩니다 또한,리소그래피, 증발, 불순물 이식 공정 등은 기존 실리콘 통합 회로 제조 기술의 프레임 워크 내에 제조 될 수있어 대규모 웨이퍼에서도 쉽게 제조 할 수 있습니다

그림 1 : 새로운 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트 및 기존 트랜지안전한 바카라 사이트의 작동 원리

흑연에서 제거 된 단일 층 그래 핀 에서이 새로운 작동 원리의 트랜지안전한 바카라 사이트 작동을 입증하려면소스/배수전극과 한 쌍의 상단 게이트를 형성하여 트랜지안전한 바카라 사이트를 형성했습니다 적절한 양의 헬륨 이온이 상부 게이트 쌍 사이에 조사되어 채널을 형성하고 (도 2의 점선 파란색 부분), 쌍 외부의 불필요한 부분의 그래 핀은 많은 헬륨 이온으로 조사되어 그것을 단열시켰다 (도 2의 점선 조정 부분) 결과적으로, 트랜지안전한 바카라 사이트의 채널 부분은 길이가 20nm이고 폭은 30 nm였다

그림 2 헬륨 이온 현미경 이미지 및 프로토 타입 장치의 개략도

제조 된 트랜지안전한 바카라 사이트는 200K (약 -73 ° C)의 저온에서 켜고 작동했습니다 -100 mV 및 +100 mV의 전압을 소스 및 배수 단자에 적용하고, 배수 게이트 전압을 -2V로 고정시키고, 소스 게이트 전압을 -4V에서 +4V로 변경하고, 소스와 배수 전극 사이의 전류가 측정되었고, 대략 4 개의 순서의 잉 -오프 비율이 나타났습니다 (3)

그림 3 새로운 그래 핀 트랜지안전한 바카라 사이트의 전류 온/오프 비율

이번에 개발 된 트랜지안전한 바카라 사이트는 두 개의 상단 게이트에 적용되는 전압이 동일하거나 다른 극성인지 여부와 온 또는 오프 상태가 결정되는지 여부를 결정합니다 따라서, 하나의 게이트 전압을 고정하고 극성을 변화시킴으로써, 다른 게이트 전압으로 인한 트랜지안전한 바카라 사이트 작동이 N- 타입 또는 P- 타입인지 여부를 제어 할 수있다 이번에는 -100 mV 및 +100 mV의 전압이 각각 소스 및 배수 단자에 적용되고 배수 측면 게이트의 전압이 적용됩니다V_TGD긍정적으로 고정된다 (도 4 (a)) 그림 4 (c)는 로그 플롯입니다 소스 측면 게이트 전압이 음수 일 때, 꺼져서 양수가 켜지면 켜지고 N 형 트랜지안전한 바카라 사이트로 작동합니다 한편, 배수 측 게이트 전압이 고정 된 음수 일 때 (도 4 (d)), 소스-사이드 게이트 전압의 변화에 ​​대한 반응의 전류 변화는도 1 및 2에 도시되어있다 4 (e) 및 (f) 이 경우 소스 측면 게이트 전압이 음수 일 때 켜지고 소스 측면 게이트 전압이 양수 일 때 꺼져서 P- 타입 트랜지안전한 바카라 사이트로 작동합니다 즉, 단일 트랜지안전한 바카라 사이트가 전기 제어로 인해 극성이 반전 된 트랜지안전한 바카라 사이트로서 작동한다는 것이 입증되었다

전통적인 실리콘 장치는 반도체에 대한 트랜지안전한 바카라 사이트 극성입니다불순물 도핑의 이온의 유형에 의해 결정되기 때문에, 회로가 형성된 후에는 변화가 없었다 그러나, 이번에 개발 된 트랜지안전한 바카라 사이트는 트랜지안전한 바카라 사이트 극성을 전기적으로 제어 할 수 있기 때문에, 회로 구성 자체를 전기적으로 변화시킬 수있는 통합 회로가 실현 될 수있다

그림 4 전기 역전 트랜지안전한 바카라 사이트 극성을 사용한 트랜지안전한 바카라 사이트 작동의 데모 여기VTGD배수 측면 게이트 전압

트랜지안전한 바카라 사이트 극성은 전기 제어에 의해 변경 될 수 있습니다CMOS운영 실현을 목표로합니다 게다가,CVD 방법 (화학 증기 증착 방법)에 의해 합성 된 그래 핀을 사용하여 넓은 면적 웨이퍼를 사용하여 프로토 타입 장치를 만드는 것을 목표로합니다 동시에, 우리는 상온에서 전류의 ON/오프 비율을 개선하고 전하 이동성을 향상시키기 위해 고품질 그래 핀을 실현할 것입니다

◆ 그래 핀

탄소 원자가 평면에서 벌집 격자와 같은 모양으로 배열되는 구조를 갖는 흑연을 구성하는 모노 토믹 박막 2004 년 영국 맨체안전한 바카라 사이트 대학교 (University of Manchester)의 그룹에 의해 접착제 테이프로 흑연에서 분리되었으며, 독특한 물리학이 공개 된 이후 연구가 전 세계적으로 빠르게 진행되고 있습니다 맨체안전한 바카라 사이트 대학교 (University of Manchester Group)는이 성과를 위해 2010 년 노벨 물리학상을 수상했습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 상단 게이트

트랜지안전한 바카라 사이트의 채널 사이에 절연 필름으로 형성된 전극은 요소의 상단에서 기판을 덮기 위해 형성된다[참조로 돌아 가기]

◆ 온/오프 비율

게이트 제어에 의해 채널의 전류가 증가하거나 감소 할 때 최대 전류 값 (전류)의 최소 전류 값 (오프 전류)의 비율 소량의 온 화폐는 회로 작동을 속도로 느리게하는 반면, 큰 오프 화폐는 더 큰 전력 소비를 유발하므로 트랜지안전한 바카라 사이트에 큰 온 오프 비율이 바람직합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Transtor Polarity

트랜지안전한 바카라 사이트에서는 전류를 운반하는 캐리어가 전자 또는 구멍인지간에 차이가 있으며이를 트랜지안전한 바카라 사이트 극성이라고합니다 캐리어가 전자 인 것을 N- 타입 트랜지안전한 바카라 사이트라고하며, 운반체가 구멍이있는 것을 P- 타입 트랜지안전한 바카라 사이트라고합니다 일반적으로, N- 타입 트랜지안전한 바카라 사이트는 양의 게이트 전압에 대해 켜지고, P- 타입 트랜지안전한 바카라 사이트는 음의 게이트 전압에 대해 켜집니다[참조로 돌아 가기]

◆ 대규모 통합 회로 (LSI)

반도체 표면에 통합 된 다수의 트랜지안전한 바카라 사이트 및 기타 구성 요소로 구성된 대규모 회로 현재, 거의 모든 것이 실리콘 결정의 표면에 형성됩니다 그것은 현대 전자 제품의 핵심을 형성합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Bandgap

전자의 가능한 에너지 수준은 고체 형태의 밴드 구조를 형성하지만 전자가 취할 수없는 에너지의 범위는 금지 된 밴드 또는 밴드 간격이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 운송 갭

전류를 전달하는 전하가 공간적으로 국한 될 때 전류가 흐르는 것을 방지하는 에너지 범위[참조로 돌아 가기]

◆ 헬륨 이온 현미경

전기장에 의해 가속되는 헬륨 이온 빔이 재료에 조사 될 때 발생하는 2 차 전자 및 반사 이온을 감지하는 이온 현미경의 유형 헬륨 이온 빔의 물질 파의 파장은 전자 빔의 파장보다 짧고 전자 빔보다 더 강하게 수렴 할 수 있기 때문에 스캐닝 전자 현미경보다 높은 해상도에서 관찰 될 수 있습니다 또한, 헬륨 이온 빔의 조사량을 제어하여 샘플을 에칭하고 물리적 특성을 제어 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ n 유형, p 유형

전류를 운반하는 캐리어를 N- 타입이라고하며 구멍 인 캐리어를 p- 타입이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 리소그래피

기판에 요소와 회로의 구조를 전달하는 기술, 기판에 코팅 된 저항 (감광제)은 상태를 변화시키기 위해 빛, 전자 빔 등으로 조사되며, 저항 (또는 기판의 나머지 부분 만 제거)이 제거된다 저항이 제거되고, 기판의 노출 된 부분 만 에칭되고 이온을 이식 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ Fermi Level

도체 내의 전자 시스템에서는 절대 0의 전자의 가장 높은 에너지에 해당하지만 반도체 및 절연체에서는 Fermi 수준이 원래 대역 간격 내에 있으므로 온도 및 불순물 도핑과 같은 상황에 따라 변화합니다 페르미 레벨 근처에 에너지가있는 전자는 전기 전도에 기여할 수 있지만, 페르미 레벨이 밴드 갭 내에 있으면 페르미 레벨 근처의 전자가 국한되면 전류는 흐르기가 어렵다[참조로 돌아 가기]

◆ 소스/배수

전류가 주입되는 필드 효과 트랜지안전한 바카라 사이트의 부품을 소스라고하며 전류가 수집되는 부분을 드레인이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 불순물 도핑

순수한 반도체는 절연체와 마찬가지로 본질적으로 매우 높은 전기 저항입니다 전류를 더 쉽게 통과시키기 위해서는 소량의 불순물 원자가 의도적으로 혼합되어야합니다 이것을 불순물 도핑이라고합니다 불순물 로핑으로 인해 전자를 통해 전류를 흐르는 N- 타입 생성물을 N- 타입 생성물이라고하며, 구멍을 통해 흐르는 전류를 P- 타입 반도체 생성물이라고합니다 기존의 트랜지안전한 바카라 사이트는 이러한 N 형 및 P 형 영역을 생성하여 형성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ CMOS

P- 타입 및 N- 타입 금속 산화 반도체 필드 효과 트랜지안전한 바카라 사이트 (MOS 유형 트랜지안전한 바카라 사이트)가 보완적인 형태로 배열되는 게이트 구조를 갖는 반도체 장치 전원이 거의 소비되며 논리 회로와 같은 다양한 전자 구성 요소를 형성하는 데 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ CVD 방법 (화학 증기 증착 방법)

원자재 가스가 반응 용기에서 열 등으로 분해되는 방법으로 기판의 박막 및 구조를 합성하는 방법 그래 핀의 경우 일반적으로 메탄입니다 (CH₄) 및 아세틸렌 (C₂H₂)와 같은 탄화수소 기반 가스는 전이 금속의 촉매 필름에서 합성하기 위해 원료로 사용됩니다 CVD 방법에 따르면, 그래 핀은 약 500 내지 1,100 ℃의 비교적 저온에서 합성 될 수있다[참조로 돌아 가기]