上海微系統(tǒng)所成功開發(fā)面向二維集成電路的單晶金屬氧化物柵介質晶圓

中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）狄增峰研究員團隊在面向低功耗二維集成電路的單晶金屬氧化物柵介質晶圓研制方面取得突破性進展。2024年8月7日，相關成果以《面向頂柵結構二維晶體管的單晶金屬氧化物柵介質材料》（Single-crystalline metal-oxide dielectrics for top-gate 2D transistors）為題，發(fā)表于國際學術期刊《自然》。 2]>s@?[  
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硅基集成電路是現(xiàn)代技術進步的基石，但在尺寸縮小方面面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。當硅基晶體管溝道厚度接近納米尺度時，特別是小于幾納米，晶體管的性能就會顯著下降，進一步持續(xù)發(fā)展面臨物理極限的瓶頸。二維半導體材料具有高載流子遷移率和抑制短溝道效應等優(yōu)勢，是下一代集成電路芯片的理想溝道材料。三星正致力于將二維半導體材料應用于高頻和低功耗芯片制造。臺積電正在研究如何將二維半導體材料集成到現(xiàn)有半導體制程中，以提高晶體管的性能和降低功耗。歐盟通過“歐洲芯片法案”，推動二維半導體材料的研究和開發(fā)，聯(lián)合IMEC建成歐洲第一條二維半導體材料先導中試線，促進歐洲在二維半導體領域的前瞻布局和自主創(chuàng)新。 Sl 6}5  
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然而，二維半導體溝道材料缺少與之匹配的高質量柵介質材料，導致二維晶體管實際性能與理論存在較大差異。傳統(tǒng)硅基非晶柵介質材料表面懸掛鍵較多，與二維半導體材料形成的界面存在大量電子陷阱，影響二維晶體管性能。單晶柵介質材料能夠與二維半導體溝道材料形成完美界面，但是單晶柵介質材料生長通常需要較高工藝溫度和后退火處理，易對二維半導體材料造成損傷或無意摻雜，形成非理想柵介質/二維半導體界面，界面態(tài)密度通常高達1011 cm-2 eV-1左右，無法滿足未來先進低功耗芯片發(fā)展要求。 -