编辑网讯 www.bianji.com 近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传来振奋人心的消息，该所狄增峰研究员团队在二维集成电路领域取得了重大突破，成功研发出面向二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料——人造蓝宝石。这一创新成果不仅解决了二维集成电路发展中的关键瓶颈问题，还为未来低功耗芯片的开发开辟了新路径。相关研究成果已于7日在国际权威学术期刊《自然》上发表，引起了全球科技界的广泛关注。
二维集成电路作为下一代集成电路芯片的理想沟道材料，以其超薄的厚度（仅为1个或几个原子层）和卓越的电学性能，被视为突破传统芯片物理极限的关键。然而，长期以来，由于缺乏与之匹配的高质量栅介质材料，二维集成电路的实际性能与理论预期之间存在较大差距，严重制约了其商业化进程。
狄增峰研究员指出，传统的栅介质材料在厚度减小到纳米级别时，与二维半导体沟道材料间的界面特性问题日益凸显，导致电流泄漏现象严重，进而增加了芯片的能耗和发热量。而单晶栅介质材料虽然能够形成完美的界面，但其制备过程通常需要较高的工艺温度，这不仅容易对脆弱的二维半导体材料造成损伤，还难以达到理想的绝缘效果。
面对这一挑战，狄增峰研究员团队迎难而上，经过不懈努力，终于研发出了具有卓越绝缘性能的单晶氧化铝栅介质材料——人造蓝宝石。这种材料不仅继承了氧化铝优异的绝缘特性，还通过团队创新开发的单晶金属插层氧化技术，实现了在室温下精准控制氧原子有序嵌入金属元素晶格的过程，从而获得了稳定、化学计量比准确、原子级厚度均匀的氧化铝薄膜晶圆。
据悉，这种新型人造蓝宝石栅介质材料在厚度仅为1纳米时，依然能够有效阻止电流泄漏，其绝缘性能远超传统材料。团队以此为基础，成功制备出了低功耗的晶体管阵列。该晶体管阵列不仅表现出良好的性能一致性，而且在击穿场强、栅漏电流、界面态密度等关键指标上均达到了国际先进水平，完全满足未来低功耗芯片的设计要求。
这一创新成果不仅为二维集成电路的发展提供了强有力的技术支撑，也为整个半导体行业带来了新的发展机遇。狄增峰研究员表示，随着人造蓝宝石栅介质材料的推广应用，未来将有望开发出更多高性能、低功耗的芯片产品，进一步推动智能手机、人工智能、物联网、5G通信等领域的快速发展。
此次研究成果的发表，不仅标志着中国科学院在二维集成电路领域的研究达到了国际领先水平，也展示了中国科学家在科技创新方面的强大实力和不懈追求。我们有理由相信，在不久的将来，这种新型栅介质材料将引领低功耗芯片进入一个新的发展阶段，为人类社会的数字化、智能化进程贡献更多的中国智慧和力量。
