2024 IEEE国际电子器件会议：半导体技术的未来展望

2024年IEEE国际电子器件会议（IEDM）聚焦于塑造未来的半导体技术。本次会议展示了从传统电子材料到新兴材料领域的多项技术突破，为未来半导体行业的发展提供了重要参考。

新兴材料领域：碳纳米管电子学的突破

自石墨烯电子学诞生以来，已有20年的发展历史。然而，在石墨烯及其他二维材料之前，碳纳米管就已经进入电子学领域。尽管研究焦点有所转移，但碳纳米管电子学仍在持续取得进展，尤其是在高性能和薄膜晶体管的开发方面。

在2024年IEDM大会上，北京大学、浙江大学和电子科技大学的彭练矛、张志勇团队展示了一种基于对齐碳纳米管的场效应晶体管（FET）。该器件的跨导达到了3.7 mS/μm，具有显著的性能优势。研究团队采用了一种直接生长的栅介电层技术，可均匀地覆盖碳纳米管阵列。杜克大学的Aaron Franklin在评论文章中指出，碳纳米管晶体管的开发面临纯化、定位、钝化和量产准备等关键挑战。尽管该研究未解决量产问题，但其在纯度、定位和钝化方面的进展令人印象深刻，展示了碳纳米管技术的巨大潜力。

传统材料领域：CMOS集成MEMS超声传感器

在传统半导体材料领域，台湾清华大学和加州大学伯克利分校的李胜贤团队展示了一种单片集成技术。该技术利用CMOS后端金属互连（BEOL）电容制造微机电系统（MEMS）超声换能器。该技术未来可能在先进的超声传感和成像应用中发挥重要作用。韩国科学技术院的Chaerin Oh和Hyunjoo Lee在评论中指出，这一技术突破为下一代成像设备提供了全新的设计思路。

前沿工艺：单片互补场效应晶体管（CFET）

随着行业技术的不断发展，从2010年代初的鳍式场效应晶体管（FinFET）到近年来的全栅绕式结构（Gate-All-Around，GAA），半导体行业的器件缩放步伐持续推进。下一步发展的潜在方向是单片互补场效应晶体管（CFET）架构，其特点是n型和p型晶体管的垂直堆叠。

在IEDM 2024上，台积电（TSMC）的廖珊蒂团队展示了CFET器件制造工艺的最新进展。他们解决了三个关键问题：阈值电压调节、垂直金属化漏极局部互连和背栅接触设计。这些技术突破使得团队成功制造出了栅极间距仅为48 nm的逆变器。北京大学的熊熊和吴艳清在评论中强调，这些工艺改进为CFET架构的大规模应用奠定了基础。

其他亮点

会议还展示了以下关键技术：

• 台积电和英特尔的最新全栅绕式CMOS技术；

• 将液晶空间光调制器与CMOS图像传感器集成的新方法；

• 基于28 nm CMOS平台制造4 Mb嵌入式电阻式存储器的工艺；

• 集成电路热模型的改进；

• 模拟复眼广视场技术的突破。

总结

2024年IEDM会议以“塑造未来的半导体技术”为主题，展示了从新兴材料到前沿工艺的广泛研究进展。这些技术的突破不仅推动了半导体行业的持续发展，也为未来设备小型化、性能优化和新兴应用场景提供了重要指引。