全球半导体行业不断追求更小尺寸、更高集成度,垂直堆叠晶体管被视为突破物理限制、实现三维芯片的核心方案,但长期被电流泄漏、运行不稳定等问题困扰。近日,韩国大邱庆北科学技术学院(DGIST)研究团队成功研发出双调制垂直堆叠晶体管,在二维纳米信道结构中实现无电流泄漏稳定工作,为下一代三维堆叠半导体打开关键突破口,相关成果发表在国际期刊《Advanced Science》上。
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随着芯片集成度持续提升,传统平面半导体逼近物理极限,垂直堆叠晶体管成为主流研发方向。这类器件将电流通道垂直叠加,能在有限空间内大幅提升集成密度,但传统结构存在明显缺陷:栅极电信号无法均匀传递到通道内部,加上通道长度缩短,极易出现电流泄漏与工作失常,严重制约三维半导体发展。
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为破解这一难题,DGIST 张在恩教授与杓高恩博士团队创新提出双调制结构,采用上下两个栅极,以不同机制协同控制导电通道,让电流以夹层形式稳定流动。研究团队在下电极开设开口,让电信号更深入通道内部,同时用上石墨烯材料制作上电极,实现更精准的电流调控,并在易泄漏区域加装阻断层,从根源切断功率损耗路径。
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这款新型晶体管在纳米尺度下形成极薄平面导电层,能将漏电流抑制到 10^-12 安培的极低水平,清晰区分电路开启与关闭状态,在低电压下仍能输出足够电流,即便在光照、长时间运行等严苛环境下也保持稳定。
更具产业价值的是,该技术无需昂贵的超精密对准工艺,也不需要高温制程,适配大规模生产与多层垂直堆叠,具备极强的工业化落地能力。研究团队表示,这项技术突破了传统垂直晶体管的底层缺陷,可广泛应用于高集成度三维半导体、低功耗逻辑器件、先进存储与柔性电子等关键领域。
张在恩教授指出,此次双栅极设计策略,让纳米级信道也能稳定运行,将有力推动下一代低功耗、高集成三维半导体时代加速到来,为全球芯片产业升级提供全新技术路径。
参考资料:Goeun Pyo et al, Dual‐Modulated Vertically Stacked Transistors With Fully Laminated Plate‐Type Architecture Featuring Nanoscale Channel Length, Advanced Science (2026). DOI: 10.1002/advs.202519410
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