解决芯片晶体管“小身材”烦恼 上海科学家成功开拓新型材料 已应用于半导体芯片

中国科学院上海微系统与信息技能研究所狄增峰研究员团队在面向低功耗二维集成电路的单晶金属氧化物栅介质晶圆研制方面取得打破性进展，干系成果于北京韶光7日深夜揭橥在国际学术期刊《自然》（Nature）上。

图说：人造蓝宝石晶体介质助力低功耗芯片发展，成果登上《自然》（Nature）杂志 采访工具供图

二维半导体材料具有高载流子迁移率和抑制短沟道效应等上风，是下一代集成电路芯片的空想沟道材料。
据理解，三星正致力于将二维半导体材料运用于高频和低功耗芯片制造；台积电正在研究如何将二维半导体材料集成到现有半导系统编制程中，以提高晶体管的性能和降落功耗；欧盟则通过“欧洲芯片法案”，推动二维半导体材料的研究和开拓……

然而，二维半导体沟道材料短缺与之匹配的高质量栅介质材料，导致二维晶体管实际性能与理论存在较大差异。

为理解决干系技能难题，科研团队开拓了一种创新的金属插层氧化技能。
这项技能的核心在于能在室温下，精准操控氧原子逐层嵌入铝的晶格中，形成有序的单晶氧化铝介质材料——蓝宝石。
要知道，传统的氧化铝材料常日呈现无序构造，这种无序会导致其在极薄层面上的绝缘性能大幅低落；而蓝宝石的单晶构造则为其带来了更高的电子迁移率和更低的电流泄露率。
这种材料在微不雅观层面上的有序排列，确保了电子在传输过程中的稳定性，使得纵然在仅有1纳米的厚度下，依然能够有效阻挡电流的泄露，从而显著提高了芯片的能效。

论文共同通讯作者、上海微系统所研究员田子傲先容，该材料已成功运用于半导体芯片制程中，结合二维材料，可制备出低功耗芯片器件。
“通过采取这种新型材料，芯片的功耗显著降落，续航能力和运行效率得到了大幅提升。
”

论文共同通讯作者、上海微系统所研究员狄增峰表示，这一进展不仅对智好手机的电池续航具有主要意义，还为人工智能、物联网等领域的低功耗芯片发展供应了强有力的支持。
随着5G、边缘打算和智能家居等新兴技能的发展，对低功耗、高性能芯片的需求不断增加。
科研团队的研究成果，也将助力下一代智能设备的遍及。

新民 郜阳