南京大学成功研发超薄栅介质层的二维晶体管器材

二维半导体资料具有非零带隙、极限沟道厚度、高迁移率等特色，能够明显添加栅极调控才能，是有期望持续延伸摩尔定律的新式电子资料。但是，因为二维资料表面无悬挂键，无法使用传统原子层堆积工艺堆积高质量栅极介质层，导致界面态和等效氧化层厚度（EOT）远高于硅基CMOS晶体管。因而，开发针对二维资料的高质量、超薄、而且与大面积工艺兼容的介质层集成工艺，是二维电子器材使用的要害瓶颈之一。

为了处理上述难题，南京大学王怅然、施毅教授团队展开世界协作，使用了二维资料与分子之间的范德瓦尔斯效果，以0.3纳米厚的单层分子晶体作为界面层，在二维资料上成功完成了高质量、超薄high-κ介质层堆积技能。凭仗该技能，团队初次在石墨烯、MoS2和WSe2等二维资料上完成了1 nm EOT，并具有原子级的平整度、低界面态密度和高击穿电场。重要的是，介质层的漏电流密度与CMOS水平适当，满意了世界半导体技能路线图对低功耗逻辑晶体管的要求。

超薄high-k介质层在二维资料上的堆积及其低功耗晶体管

使用分子辅佐的超薄介质层堆积技能，研讨人员将二维半导体场效应晶体管的亚阈值摆幅降至60 mV/dec的理论极限，作业电压降至0.8 V，而且在20 nm沟道长度下未发现明显的短沟道效应。进一步，完成了功耗小于1 nW的二维CMOS逻辑反相器，并经过石墨烯射频器材验证了介质层能够作业在10 GHz以上。值得指出的是，该技能适用于多种二维资料，并兼容大面积化学气相堆积样品。

此项研讨突破了二维电子器材超薄介电层集成这一瓶颈，有望推进二维集成电路的开展，该作业以《Uniform and ultrathin high-κ gate dielectrics for two-dimensional electronic devices》为题近期发表于Nature Electronics。参加协作的单位包含加州大学洛杉矶分校Xiangfeng Duan教授、新加坡国立大学Wei Chen教授、东京大学K. Nagashio教授、南京大学王鹏和马海波教授、中电55所陈堂胜研讨员等课题组。该研讨得到了基金委重点项目、立异集体项目、应急办理项目、科技部量子调控青年科学家专题以及中科院战略性先导科技专项等项目的赞助。

来历 南京大学新闻网

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