我國科學(xué)家開發(fā)出面向新型芯片的絕緣材料

作為組成芯片的基本元件,，晶體管的尺寸隨著芯片縮小不斷接近物理極限,，其中發(fā)揮著絕緣作用的柵介質(zhì)材料十分關(guān)鍵,。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員狄增峰團隊開發(fā)出面向二維集成電路的單晶氧化鋁柵介質(zhì)材料——人造藍寶石，這種材料具有卓越的絕緣性能,，即使在厚度僅為1納米時,，也能有效阻止電流泄漏。相關(guān)成果8月7日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》,。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所成果登上《自然》,。（海報由受訪團隊提供）

“二維集成電路是一種新型芯片，用厚度僅為1個或幾個原子層的二維半導(dǎo)體材料構(gòu)建,，有望突破傳統(tǒng)芯片的物理極限,。但由于缺少與之匹配的高質(zhì)量柵介質(zhì)材料，其實際性能與理論相比尚存較大差異,。”中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員狄增峰說,。

狄增峰表示，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料在厚度減小到納米級別時,，絕緣性能會下降,，進而導(dǎo)致電流泄漏，增加芯片的能耗和發(fā)熱量,。為應(yīng)對該難題,，團隊創(chuàng)新開發(fā)出原位插層氧化技術(shù)。

“原位插層氧化技術(shù)的核心在于精準(zhǔn)控制氧原子一層一層有序嵌入金屬元素的晶格中,。”中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員田子傲說,，“傳統(tǒng)氧化鋁材料通常呈無序結(jié)構(gòu)，這會導(dǎo)致其在極薄層面上的絕緣性能大幅下降,。”

氧化鋁薄膜晶圓,。（受訪團隊供圖）

具體來看，團隊首先以鍺基石墨烯晶圓作為預(yù)沉積襯底生長單晶金屬鋁,，利用石墨烯與單晶金屬鋁之間較弱的范德華作用力,，實現(xiàn)4英寸單晶金屬鋁晶圓無損剝離，剝離后單晶金屬鋁表面呈現(xiàn)無缺陷的原子級平整,。隨后,，在極低的氧氣氛圍下，氧原子逐層嵌入單晶金屬鋁表面的晶格中,，最終得到穩(wěn)定,、化學(xué)計量比準(zhǔn)確、原子級厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓,。

狄增峰介紹,，團隊成功以單晶氧化鋁為柵介質(zhì)材料制備出低功耗的晶體管陣列，晶體管陣列具有良好的性能一致性。晶體管的擊穿場強,、柵漏電流,、界面態(tài)密度等指標(biāo)均滿足國際器件與系統(tǒng)路線圖對未來低功耗芯片的要求，有望啟發(fā)業(yè)界發(fā)展新一代柵介質(zhì)材料,。

（原標(biāo)題：我國科學(xué)家開發(fā)出“人造藍寶石”?。?/p>

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