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拓扑与电路 ★ 4.0

采用准自对准着陆垫实现100 Ω寄生电阻和965 μA/μm导通电流的高性能GAA晶体管

High-Performance GAA FETs With 100 Ω Parasitic Resistance and 965 μA/μm On-State Current Using Quasi-Self-Aligned Landing Pads

作者 R. J. Jiang · P. Wang · J. X. Yao · X. X. Zhang · L. Cao · J. J. Li
期刊 IEEE Electron Device Letters
出版日期 2024年11月
技术分类 拓扑与电路
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 环绕栅场效应晶体管 准自对准着陆焊盘技术 寄生源漏电阻 导通电流 器件性能
语言:

中文摘要

为克服环绕栅场效应晶体管(GAA FETs)中严重的外延缺陷所导致的高寄生电阻和驱动性能不佳的挑战,本文提出了一种准自对准着陆垫(QSA LPs)技术,并展示了在 GAA FETs 中多层堆叠沟道与单晶硅锗/硅超晶格源/漏(SD)结构之间的无缺陷连接。与采用宽间距着陆垫的器件相比,使用 QSA LPs 技术时,N 型场效应晶体管(NFET)和 P 型场效应晶体管(PFET)的寄生源/漏电阻($R_{SD}$)分别降低了 98.8% 和 96.3%。因此,对于栅长为 180 nm 的 N/PFET,相应的导通电流($I_{on}$)值分别提高到了 965 μA/μm 和 669 μA/μm。此外,器件的亚阈值特性,包括亚阈值摆幅和开/关电流比,均未出现显著变化。所提出的方案为降低$R_{SD}$值和提升这些先进 GAA 器件的性能提供了一种新颖且极具前景的方法。

English Abstract

To overcome the challenges posed by the high parasitic resistance and poor driving performance induced by serious epitaxy defects in gate-all-around field-effect transistors (GAA FETs), a quasi-self-aligned landing pads (QSA LPs) technique is proposed, and defect-free connections among the multilayer stacked channels and single-crystal SiGe/Si superlattice source/drain (SD) structures are demonstrated in GAA FETs. When compared with devices with widely spaced LPs, reductions of 98.8% and 96.3% in the parasitic SD resistance ( R_ SD ) are observed for N/PFETs when using the QSA LPs technique, respectively. Therefore, the corresponding on-state current ( I_ on ) values are raised to 965~ A/ m and 669~ A/ m for 180 nm gate length N/PFETs, respectively. In addition, no significant changes are observed in the device subthreshold characteristics, including both the subthreshold swing and the on/off current ratios. The proposed scheme offers a new and promising approach to reduce the R_ SD values and enhance the performance of these advanced GAA devices.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项GAA FET准自对准着陆焊盘技术展现出显著的战略价值。该技术通过创新的工艺方案,将寄生电阻降低超过96%,并实现965 μA/μm的高导通电流,这对我们的核心产品具有重要意义。

在光伏逆变器领域,功率半导体器件的性能直接决定了系统的转换效率和功率密度。GAA FET技术相比传统FinFET具有更优的栅极控制能力和更低的寄生电阻,这意味着在高频开关应用中能够实现更低的导通损耗和开关损耗。对于我们追求99%以上转换效率的组串式和集中式逆变器产品,这种性能提升将带来直接的竞争优势。特别是在大功率应用场景下,寄生电阻的大幅降低能够显著减少发热问题,提升系统可靠性。

在储能系统方面,双向DC-DC变换器和PCS(储能变流器)对功率器件的开关速度和效率要求极为严苛。该技术展现的优异亚阈值特性和高开关比,有助于实现更精确的功率控制和更低的待机功耗,这对提升储能系统的全生命周期经济性至关重要。

然而需要注意的是,该技术目前仍处于实验室阶段,180nm的栅长距离功率器件的实际应用尺寸还有差距。从技术成熟度角度,我们需要关注其在更小工艺节点的可扩展性、量产良率以及与现有SiC、GaN等宽禁带半导体技术的性能对比。建议我们的技术团队持续跟踪GAA FET技术的产业化进程,评估其在下一代功率电子平台中的应用潜力,同时加强与领先半导体制造商的战略合作,为未来3-5年的产品迭代做好技术储备。