国家重点基础研究发展规划项目 系统芯片中新器件、新工艺的基础研究 2005.9.23,半导体工艺,IC设计,桥梁,2D/3D PDE 方法,DD 模型,HD 模型,Monte Carlo 方法,评估/设计 纳米尺度下、新材料、新结构半导体器件,高效率,准确,器件模型、模拟是工艺和设计之间的桥梁,集约模型,结构,网格,杂质分布,边界条件,器件模型、模拟必须适应纳米尺度CMOS器件的发展，成为新器件、结构设计的基础和工具。,半导体工艺IC设计桥梁2D/3D PDE 方法评估/设计 纳,Transistor Scaling and Research Roadmap,沟道尺度小于50nm,新材料、新结构广泛采用,Transistor Scaling and Researc,器件模型、模拟必须能够适于器件缩小的设计、工艺优化，准确描述当代器件的特性并预言未来的局限性。,栅介质与栅电极,应力,接触电阻,杂质涨落,CMOS缩小（量子效应）,器件模型、模拟的需求,纳米尺度下载流子的输运,新器件,3维模型、模拟,RF,热载流子,泄漏电流,ITRS,MODELING AND SIMULATION,器件模型、模拟必须能够适于器件缩小的设计、工艺优化，准确描述,半导体器件模型、模拟与尺度的关系,量子效应：能级分离、载流子空间局限效应、隧穿效应等,载流子在强电场下的非稳态输运,半导体材料中的细致能带结构,载流子的准弹道输运,经典的DD模型,半经典的HD模型,MC方法,量子玻尔兹曼方程,NEGF,半导体器件模型、模拟与尺度的关系量子效应：能级分离、载流子空,“自上而下”及“自下而上”,“自上而下”及“自下而上”,量子计算机,计算机的能耗对芯片的影响越来越大，能耗制约着芯片集成度,但只要把所有的不可逆门操作改造为可逆操作，就可以实现无能耗的计算,量子计算机计算机的能耗对芯片的影响越来越大，能耗制约着芯片集,可以证明：所有经典不可逆计算机都可以改造成可逆计算机，而不影响计算能力。在量子力学中，可逆操作可以使用一个幺正矩阵来表示。Argonne国家实验室的Paul Benioff最早使用量子力学来描述可逆计算机。在量子可逆计算机中，使用一个二能级的量子体系来表示一位，这个量子体系处在量子态0和1上。,可以证明：所有经典不可逆计算机都可以改造成可逆计算机，而不影,Quantum computer device,Quantum computer device,半导体工艺课件,半导体工艺课件,半导体工艺课件,半导体工艺课件,半导体工艺课件,单电荷隧穿,基本条件：,1。系统必须有导电的岛（单,个隧道结除外），仅经隧道,势垒与其它金属区连接，隧道,势垒的隧穿电阻必须远大于,量子电阻25.8K,。,2。岛必须足够小和温度足够低,单电荷隧穿基本条件：,库仑阻塞(Coulomb Blockade),在纳米体系中，由于能级分立和势垒分割，当有电流流通时，在一定的条件下会产生电流中断现象,如果每次隧穿的是单个电子，库仑阻塞的阈值电压是e/2C。（C为电容）,库仑阻塞(Coulomb Blockade)在纳米体系中，,应用,室温下工作SET预计至少可以三方面应用：,1。对极微弱电流的测量和制成超高灵敏度的静电计；,2。存储器存储量1000倍以上以及超高速微功耗等；,3。高灵敏红外探测。,应用室温下工作SET预计至少可以三方面应用：,信息产业,单电子,器件,磁电子,器件,过滤器,截止器,谐振器,微电容,微电极,自旋电,子器件,共振隧,穿器件,光电子,器件,巨磁电,阻器件,量子点和分子电子器件,纳米结构器,件纳米加工,信息产业单电子磁电子过滤器自旋电共振隧光电子 巨磁电量子点和,半导体工艺课件,Nano-transistor（纳米晶体管）,Nano-transistor（纳米晶体管）,Nanotube field-effect transistor,Transistors are the basic building blocks of integrated circuits.To use nanotubes in future circuits it is essential to be able to make transistors from them.We have successfully fabricated and tested nanotube transistors using individual multi-wall or single-wall nanotubes as the channel of a field-effect transistor.,Nanotube field-effect transist,