【聚焦】半导体工艺制程不断缩小高迁移率沟道材料需求迫切

2022-04-07 16:17

在科研力度不断加大、国家政策支持下，未来我国高迁移率沟道材料研究成果将不断增多，在半导体技术持续升级下，高迁移率沟道材料行业发展前景广阔。

沟道，是场效应晶体管中源区和漏区之间的半导体薄层，是半导体中由于外加电场引起的沿长度方向的导电层。迁移率，是单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度，迁移率与载流子浓度共同决定了半导体的电导率。随着半导体技术不断进步，市场对高迁移率沟道材料的需求日益迫切，高迁移率沟道材料研发的重要性日益突出。

根据新思界产业研究中心发布的《2021－2025年高迁移率沟道材料行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，高迁移率的意义在于可以利用更小体积的晶体管提供更大的电流。全球半导体制造技术迅速提升，工艺制程不断缩小，进入90nm节点时，依靠缩小晶体管沟道长度的方法已经无法大幅提升集成电路性能，特别是随着7nm时代到来，高功能集成度的新型器件不断问世，传统沟道材料已经无法满足升级需求，高迁移率沟道材料因此成为研究重点。

传统晶体管所用沟道材料主要是硅材料，硅材料性质优异且均衡，但其介电常数较低，在先进制程工艺中应用受到限制，随着制程工艺进入7nm、5nm节点，硅材料性能开发已经接近物理极限。同时，其他新型材料例如石墨烯、过渡金属硫化物等虽然部分性能得到提升，但仍有缺点。在此情况下，开发高迁移率沟道材料需求极为迫切。

在我国，2018年，北京大学研究团队，通过对Bi2O2Se材料进行热氧化处理，得到高K栅介质材料Bi2SeO5薄膜，突破了二维高迁移率半导体器件与超薄介电层集成这一瓶颈，并在此基础上，结合氢氟酸选择性刻蚀技术与微纳加工技术，制备了高性能场效应晶体管，其迁移率超过300cm2V－1s－1。

我国“十四五”国家重点研发计划“纳米前沿”重点专项中，提出围绕新型沟道材料的规模化制备、硅基兼容与器件性能提升的问题，研制200℃下电学性质稳定的超薄高迁移率沟道材料及高k栅介质的晶圆（直径大于两英寸）。在科研力度不断加大、国家政策支持下，未来我国高迁移率沟道材料研究成果将不断增多，在半导体技术持续升级下，高迁移率沟道材料行业发展前景广阔。

新思界行业分析人士表示，我国是全球电子产品生产大国，2015年以来，我国半导体材料市场呈现稳定增长态势，即使2019年全球半导体材料市场下行、2020年新冠疫情爆发，我国半导体材料需求仍保持上升趋势。2020年，我国半导体材料市场规模约为96亿美元，初步估算2021年市场规模将超过100亿美元。在此背景下，我国高迁移率沟道材料市场空间不断扩大。

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