晶圆级二维碲薄膜晶体管实现高性能三维异质集成CFET逻辑电路

为解决后端制程(BEOL)兼容性互补场效应晶体管(CFET)中高性能p沟道薄膜晶体管(TFT)缺失的难题，研究人员成功开发出低温(150°C)制备的晶面取向二维碲(Te)沟道薄膜，获得饱和迁移率达≈31 cm2 V?1 s?1的p-Te TFT，并与n型a-IGZO TFT异质集成实现电压增益162(VDD=4V)的逆变器，为下一代高能效三维集成电路提供关键技术突破。

　　

在硅基CMOS后端制程(BEOL)兼容的三维架构中，垂直堆叠p沟道与n沟道薄膜晶体管(TFT)形成的互补场效应晶体管(CFET)是突破下一代电子器件功能与能效瓶颈的关键。然而当前缺乏能与n型氧化物TFT性能匹配的高性能p沟道器件。新兴的二维碲(Te)薄膜虽具潜力，但其载流子迁移率始终未达理想值。

研究团队通过精准控制晶面取向，成功制备出载流子迁移率显著提升的二维Te沟道薄膜，所构建的p-Te TFT在150°C低温工艺下实现≈31 cm² V^?1 s^?1的饱和迁移率。这一突破性进展使得在2英寸晶圆上异质集成p-Te与n型非晶铟镓锌氧(a-IGZO)TFT成为可能，所构建的混合CFET逆变器在4V工作电压下展现出162倍的超高电压增益。

该研究不仅填补了BEOL兼容高性能p沟道TFT的技术空白，更通过低温异质集成工艺为三维垂直堆叠集成电路(3D-IC)提供了创新解决方案，其晶圆级制备能力直接推动了高密度、高能效电子系统的发展进程。