記者8日從中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所獲悉，該所狄增峰研究員團(tuán)隊(duì)研發(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(lán)寶石。這種材料具有卓越的絕緣性能，未來可用于開發(fā)低功耗芯片。相關(guān)成果7日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

二維集成電路采用厚度僅為1個(gè)或幾個(gè)原子層的二維半導(dǎo)體材料構(gòu)建，是下一代集成電路芯片的理想溝道材料。但由于缺少高質(zhì)量的柵介質(zhì)材料，其實(shí)際性能與理論相比尚存在較大差距。

“傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料在厚度減小到納米級(jí)別時(shí)，其與二維半導(dǎo)體溝道材料間的界面特性，會(huì)導(dǎo)致電流泄漏，增加芯片的能耗和發(fā)熱量。單晶柵介質(zhì)材料能形成完美界面，但通常需要較高的工藝溫度，易對(duì)二維半導(dǎo)體材料造成損傷，也難以達(dá)成理想的絕緣效果。”狄增峰說。而他們開發(fā)的單晶氧化鋁柵介質(zhì)材料，即使在厚度僅為1納米時(shí)，也能有效阻止電流泄漏。

氧化鋁為藍(lán)寶石的主要構(gòu)成材料。傳統(tǒng)氧化鋁材料通常呈無序結(jié)構(gòu)，在極薄層面上的絕緣性能不佳。團(tuán)隊(duì)采用單晶金屬插層氧化技術(shù)，在室溫下精準(zhǔn)控制氧原子一層一層地有序嵌入金屬元素的晶格中，最終得到穩(wěn)定、化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確、原子級(jí)厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。

團(tuán)隊(duì)以單晶氧化鋁為柵介質(zhì)材料，成功制備出了低功耗的晶體管陣列。該晶體管陣列不僅具有良好的性能一致性，且晶體管的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、柵漏電流、界面態(tài)密度等指標(biāo)均滿足國(guó)際器件與系統(tǒng)路線圖對(duì)未來低功耗芯片的要求，有望為業(yè)界發(fā)展新一代柵介質(zhì)材料提供借鑒。

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