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　　中化新網(wǎng)訊 作為組成芯片的基本元件，晶體管的尺寸隨著芯片縮小不斷接近物理極限，其中發(fā)揮著絕緣作用的柵介質(zhì)材料十分關(guān)鍵。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所狄增峰研究員團隊開發(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，即使在厚度僅為1納米時，也能有效阻止電流泄漏。相關(guān)成果于8月7日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

　　二維集成電路是一種新型芯片，用厚度僅為1個或幾個原子層的二維半導(dǎo)體材料構(gòu)建，有望突破傳統(tǒng)芯片的物理極限。但缺少與之匹配的高質(zhì)量柵介質(zhì)材料。傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料在厚度減小到納米級別時，絕緣性能會下降，進而導(dǎo)致電流泄漏，增加芯片的能耗和發(fā)熱量。基于此，研究團隊創(chuàng)新開發(fā)出原位插層氧化技術(shù)。

　　研究團隊首先以鍺基石墨烯晶圓作為預(yù)沉積襯底生長單晶金屬鋁，利用石墨烯與單晶金屬鋁之間較弱的范德華作用力，實現(xiàn)4英寸單晶金屬鋁晶圓無損剝離，剝離后單晶金屬鋁表面呈現(xiàn)無缺陷的原子級平整。隨后，在極低的氧氣氛圍下，氧原子逐層嵌入單晶金屬鋁表面的晶格中，最終得到穩(wěn)定、化學(xué)計量比準(zhǔn)確、原子級厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。

　　研究團隊又成功以單晶氧化鋁為柵介質(zhì)材料制備出低功耗的晶體管陣列，晶體管陣列具有良好的性能一致性。晶體管的擊穿場強、柵漏電流、界面態(tài)密度等指標(biāo)均滿足國際器件與系統(tǒng)路線圖對未來低功耗芯片的要求，有望啟發(fā)業(yè)界發(fā)展新一代柵介質(zhì)材料。