面向二维集成电路的单晶金属氧化物栅介质晶圆面世

  8月7日，中国科学院上海微体系与信息技能研讨所研讨员狄增峰团队，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获得突破性开展。相关研讨发表于《天然》。

  硅基集成电路是现代技能进步的柱石，但在尺度缩小方面面临着严峻的应战。二维半导体资料具有高载流子迁移率和按捺短沟道效应等优势，是下一代集成电路芯片的抱负沟道资料。但是，二维半导体沟道资料短少与之匹配的高质量栅介质资料，导致二维晶体管实践功能与理论存在比较大差异。

  研讨团队开发了单晶金属插层氧化技能，在室温下完成单晶氧化铝（c-Al2O3）栅介质资料晶圆制备，并应用于先进二维低功耗芯片的开发。以锗柱石墨烯晶圆作为预堆积衬底成长单晶金属Al（111），使用石墨烯与单晶金属Al（111）之间较弱的范德华作用力，研讨人员完成了4英寸单晶金属Al（111）晶圆无损剥离，剥离后单晶金属Al（111）外表出现无缺点的原子级平坦。在极低的氧气氛围下，氧原子可控地逐层刺进到单晶金属Al（111）外表的晶格中，而且保持其晶格结构，从而在单晶金属Al（111）标明发生安稳、化学计量比精确、原子级厚度均匀的c-Al2O3（0001）薄膜晶圆。进一步，研讨团队使用自对准工艺，成功制备出低功耗c-Al2O3/MoS2晶体管阵列。晶体管阵列具有十分杰出的功能一致性，击穿场强、栅漏电流、界面态密度等目标均满意世界器材与体系路线图（IRDS）对未来低功耗芯片的要求。

  论文通讯作者田子傲介绍：“与非晶资料比较，单晶氧化铝栅介质资料在结构和电子功能上有着十分显着优势，是根据二维半导体资料晶体管的抱负介质资料。其态密度降低了两个数量级，相较于传统界面有明显改进。”

  论文通讯作者狄增峰指出：“栅介质资料一般被以为对错晶资料。此次研制出单晶氧化物作为二维晶体管的栅介质资料并成功研制二维低功耗芯片，有望启示集成电路产业界开展新一代栅介质资料。”