原创 国产IC核心技术突破：复旦大学成功研制半浮栅晶体管

晶体管技术已经从追求速度转变到追求高能效，但能效改进多发生在制造工艺方面，晶体管本身的设计进展不多。

复旦大学教授王鹏飞领导的团队在《科学》上发表报告，他们研制出名为半浮栅晶体管的新型基础微电子器件，能在一纳秒内切换栅，操作所需电力非常少。王鹏飞介绍，金属－氧化物－半导体场效应晶体管（MOSFET）是目前集成电路中的主流器件，过去几十年工艺的进步让 MOSFET 晶体管的尺寸不断缩小，越来越接近其物理极限，半浮栅晶体管是在 MOSFET 晶体管中内嵌一个广泛用于低功耗电路的装置——隧穿场效应晶体管（TFET）制成。

半浮栅晶体管的优势在于体积可更小，结构更简单，读写速度更快，且一片这样的晶体管的功效可比得上多块 MOSFET 晶体管。 半浮栅晶体管不但能应用于存储器，还可应用于主动式图像传感器芯片（APS），让新型图像传感器单元在面积上能缩小 20％ 以上，并使图像传感器的分辨率和灵敏度得到提升。

与传统的微电子器件相比，半浮栅晶体管的优点在于它面积小、功耗少、工艺简单，它能使数据擦写更加容易、迅速，整个过程都可在低电压条件下完成，为实现芯片高效率、低功耗运行创造了条件。

举例来说，笔记本电脑工作一段时间后会发热发烫，这主要是因为CPU芯片功耗很大。CPU芯片中有一半的面积设计给了缓存（Cache），缓存的存储单元由6个MOSFET晶体管构成。假设CPU芯片中的缓存使用了半浮栅晶体管，不仅芯片面积可以大大缩小，而且功耗可以降低，因为一个半浮栅晶体管就可以实现一个缓存单元。“简而言之，缓存中使用半浮栅晶体管，将具有高密度和低功耗的优势，从而会极大提高CPU的性能。”张卫教授说。

与此同时，半浮栅晶体管还可以广泛应用于电脑的内存、图像传感芯片等领域。比如，采用半浮栅晶体管技术的手机摄像头芯片，它的分辨率和灵敏度将能得到极大提升。

据复旦大学微电子学院张卫介绍道，作为一种基础电子器件，半浮栅晶体管在存储和图像传感等领域的潜在应用市场规模超过300亿美元。它的成功研制将有助于我国掌握集成电路的核心技术，从而在国际芯片设计与制造领域内逐渐获得更多的话语权。

据悉，目前，这些领域的核心专利基本上都是被美光、三星、英特尔、索尼等国外公司控制，我国少有具有自主知识产权且可应用的产品。半浮栅晶体管可与现有主流集成电路制造工艺兼容，具有很好的产业化前景，潜在应用市场规模达到300亿美元以上。目前该课题组针对这个器件的优化和电路设计工作已经开始。它将有助于我国掌握集成电路的核心器件技术，是我国在新型微电子器件技术研发上的一个里程碑。

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