超越CMOS量測技術(shù)在持續(xù)發(fā)展

　　目前納米器件被認(rèn)為有可能替代常規(guī)半導(dǎo)體，其主要問題是它的接觸問題。研究的材料和結(jié)構(gòu)顯然超出了CMOS范圍，如果要繼續(xù)滿足對(duì)器件性能不斷提高的要求，量測技術(shù)允許工程師觀察和記錄接觸和分子之間(無論研究任何材料)的相互影響，這就將起重要作用，而且也是分析表征器件內(nèi)部特性所必需的。例如在分子電子學(xué)領(lǐng)域，不考慮接觸的影響就在自組裝單層上進(jìn)行任何的光譜學(xué)研究是不適當(dāng)?shù)摹?/p>

　　National Institute of Standards and Technology (NIST,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局)的研究人員正開發(fā)滿足該需要的技術(shù)。據(jù)領(lǐng)導(dǎo)NIST半導(dǎo)體部門中CMOS和新型器件小組的Eric Vogel稱,該研究正在著手解決當(dāng)今晶體管的量測問題，以及最終將替代它們的那些器件的量測問題。

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　　對(duì)于超CMOS的領(lǐng)域，該小組正研究兩個(gè)具有潛力的技術(shù)。第一種是分子電子學(xué)，第二種命名為”限定硅”。根據(jù)量測需要，把這兩種技術(shù)相提并論是有根據(jù)的，它們最終將替代標(biāo)準(zhǔn)硅晶體管。

　　目前焦點(diǎn)是確定需要什么來表征和理解這些器件的工作狀況。在分子電子學(xué)領(lǐng)域，該小組正研究與分子內(nèi)傳輸有關(guān)的各種機(jī)理。他們多次證明，分子與電極之間的界面是決定整個(gè)器件結(jié)構(gòu)電子特性的關(guān)鍵。這已促使NIST小組的化學(xué)家Christina Hacker來共同開發(fā)探測分子接觸界面的新型背面FTIR技術(shù)。

　　采用IR輻射入射到IR透明襯底背面上和用作IR鏡面的單層頂部的厚金屬層上，獲得了分子單層(或其它薄膜)的FTIR光譜。通過金屬化單層的無導(dǎo)引反射吸收紅外光譜學(xué)獲得的光譜可制作非金屬化單層的傳輸FTIR光譜，仔細(xì)比較該隱藏的界面處的傳輸FTIR光譜可對(duì)金屬涂層和有機(jī)分子之間的相互作用進(jìn)行研究。

　　過去為了觀察金屬與薄膜是如何相互作用的，通常需要對(duì)金屬進(jìn)行減薄或淀積非常薄的金屬，該方法非常具有吸引力。此方法存在的問題是它導(dǎo)致了與真實(shí)器件結(jié)構(gòu)根本不同的東西。在分子電子學(xué)中，器件結(jié)構(gòu)內(nèi)分子和薄膜之間發(fā)生的相互作用帶來了巨大困難。利用背面FTIR，可以使用與真實(shí)器件相同的工藝。該小組論證了采用FTIR器件，例如當(dāng)金和鋁淀積到一個(gè)烷烴單層上時(shí)，存在極小的擾動(dòng)。但是如果采用鈦，則引起強(qiáng)烈的擾動(dòng)。這證明了該方法能夠用于研究不同的分子和柵電極。

　　NIST與Sematech還合作開發(fā)了背面FTIR技術(shù)來表征高k介質(zhì)金屬柵電極系統(tǒng)，這引出類似的問題：一旦去掉金屬，就很難對(duì)下面薄膜進(jìn)行任何的分析性測量。

　　如果不考慮摩爾定律的極限需求，沒人特別期望十年之后Si、SiGe或具有高k金屬柵和類似結(jié)構(gòu)的SOI衰落。但是發(fā)現(xiàn)新型器件和材料來擴(kuò)展和替代Si晶體管是這段時(shí)間內(nèi)必須面臨的巨大挑戰(zhàn)。