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我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出面向新型芯片的絕緣材料
2024年08月12日 13:30:01 來(lái)源:化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量:4425

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的研究員狄增峰團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)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。

  【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,晶體管的尺寸不斷縮小,已逐漸接近物理極限。在這一背景下,柵介質(zhì)材料作為芯片中的關(guān)鍵絕緣元件,其性能對(duì)芯片的整體性能具有重要影響。然而,傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料在厚度減小到納米級(jí)別時(shí),絕緣性能會(huì)顯著下降,導(dǎo)致電流泄漏、芯片能耗增加和發(fā)熱量上升。因此,開(kāi)發(fā)新型的高質(zhì)量柵介質(zhì)材料成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。
 
  中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的研究員狄增峰團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)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(shí),也能有效阻止電流泄漏。這一成果于2024年8月7日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》,標(biāo)志著我國(guó)在新型芯片絕緣材料領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
 
  “二維集成電路是一種新型芯片,用厚度僅為1個(gè)或幾個(gè)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。但由于缺少與之匹配的高質(zhì)量柵介質(zhì)材料,其實(shí)際性能與理論相比尚存較大差異。”中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員狄增峰說(shuō)。
 
  狄增峰表示,傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料在厚度減小到納米級(jí)別時(shí),絕緣性能會(huì)下降,進(jìn)而導(dǎo)致電流泄漏,增加芯片的能耗和發(fā)熱量。為應(yīng)對(duì)該難題,團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出原位插層氧化技術(shù)。該技術(shù)的核心在于精準(zhǔn)控制氧原子一層一層有序嵌入金屬元素的晶格中,從而得到穩(wěn)定、化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確、原子級(jí)厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。與傳統(tǒng)的無(wú)序結(jié)構(gòu)氧化鋁材料相比,這種有序結(jié)構(gòu)的氧化鋁材料在極薄層面上的絕緣性能得到了顯著提升。
 
  具體來(lái)看,團(tuán)隊(duì)首先以鍺基石墨烯晶圓作為預(yù)沉積襯底生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)4英寸單晶金屬鋁晶圓無(wú)損剝離,剝離后單晶金屬鋁表面呈現(xiàn)無(wú)缺陷的原子級(jí)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(jì)量比準(zhǔn)確、原子級(jí)厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。
 
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