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半导体semiconductor产业正在向“更摩尔More Moore”时代过渡，主要是因为采用了超越传统二维缩放限制的三维 three-dimensional (3D)集成方案。尽管创新的封装解决方案，使3D集成电路 integrated circuits (ICs) 在商业上可行，但硅通孔和微凸点的加入，增加了面积开销，并引入了限制整体性能的寄生电容。 单片3D集成Monolithic 3D integration (M3D) 是3D集成电路IC的未来，但在硅集成电路IC中应用，依然面临障碍，因为上层热处理预算有限，这会降低器件芯片性能。为了克服这些限制，新兴材料（如碳纳米管和二维半导体）已集成到硅集成电路的后端。近日，美国 宾夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）Rahul Pendurthi，Saptarshi Das等，在Nature Nanotechnology上发文，报道了互补硒化钨WSe2鳍式场效应晶体管field-effect transistor，FET的单片三维集成M3D集成，其中 n-型场效应晶体管FET，放置在第1层，p型场效应晶体管FET放置在第2层。通过间距<1µm的300nm过孔，实现了密集和可扩展的芯片集成，连接了第1层和第2层的300多个器件。还有效地实现了垂直集成逻辑门，包括反相器、与非门和或非门。这一实验演示，突出了二维材料在推进互补金属氧化物半导体电路中的单片三维集成M3D集成作用。
Monolithic three-dimensional integration of complementary two-dimensional field-effect transistors.互补二维场效应晶体管的单片三维集成
图1: 互补金属氧化物半导体complementary metal–oxide–semiconductor，CMOS 硒化钨WSe2 场效应晶体管fin field-effect transistor，FET的单片三维集成Monolithic three-dimensional integration，M3D。
图2: 大面积有机金属化学气相沉积法metal–organic chemical vapour deposition，MOCVD WSe2合成和3D叠层制造。
图3: 单片三维集成M3D 互补金属氧化物半导体CMOS WSe2 场效应晶体管FET。
图4: 单片三维集成M3D逻辑门。 文献链接Pendurthi, R., Sakib, N.U., Sadaf, M.U.K. et al. Monolithic three-dimensional integration of complementary two-dimensional field-effect transistors. Nat. Nanotechnol. (2024).https://doi.org/10.1038/s41565-024-01705-2https://www.nature.com/articles/s41565-024-01705-2本文译自Nature。
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