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我国科研人员研制出适用于新型芯片的绝缘材质发表时间:2024-08-08 13:48 新华社上海 8 月 8 日电 晶体管作为芯片的基本元件,其尺寸因芯片缩小而不断逼近物理极限,其中起到绝缘作用的栅介质材料至关重要。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰团队研制出适用于二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料——人造蓝宝石,此材料绝缘性能出色,哪怕厚度仅 1 纳米,也能有力阻挡电流泄漏。相关成果于 8 月 7 日在国际学术期刊《自然》发表。 “二维集成电路属于新型芯片,由厚度仅 1 个或几个原子层的二维半导体材料构建而成,有希望突破传统芯片的物理极限。然而,由于缺乏与之适配的高质量栅介质材料,其实际性能和理论相比仍存在较大差距。”中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰表示。 狄增峰称,传统栅介质材料在厚度减至纳米级别时,绝缘性能会降低,从而造成电流泄漏,使芯片能耗增加、发热量上升。为解决这一难题,团队开创性地研发出原位插层氧化技术。 “原位插层氧化技术的关键在于精准把控氧原子一层一层有序地嵌入金属元素的晶格当中。”中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员田子傲说道,“传统氧化铝材料通常呈现无序结构,这会致使其在极薄层面上的绝缘性能严重下滑。” 详细而言,团队先是以锗基石墨烯晶圆作为预沉积衬底来生长单晶金属铝,凭借石墨烯与单晶金属铝之间较弱的范德华作用力,达成 4 英寸单晶金属铝晶圆的无损剥离,剥离后的单晶金属铝表面呈现无缺陷的原子级平整状态。接着,在极低的氧气环境下,氧原子逐层嵌入单晶金属铝表面的晶格内,最终获取稳定、化学计量比精准、原子级厚度均匀的氧化铝薄膜晶圆。 狄增峰介绍,团队已成功以单晶氧化铝作为栅介质材料制造出低功耗的晶体管阵列,该晶体管阵列具备良好的性能一致性。晶体管的击穿场强、栅漏电流、界面态密度等指标均符合国际器件与系统路线图对未来低功耗芯片的要求,有望为业界开发新一代栅介质材料带来启发。 声明:本站所使用的图片文字等素材均来源于互联网共享平台,并不代表本站观点及立场,如有侵权或异议请及时联系我们删除。
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