我国科学家开发出面向新型芯片的绝缘材料

我国科学家在新型芯片绝缘材料的开发上取得了重要进展。中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究员狄增峰团队成功开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。以下是对该研究成果的详细介绍：

一、材料特性与优势

• 卓越的绝缘性能：人造蓝宝石即使在厚度仅为1纳米时，也能有效阻止电流泄漏。这一特性对于提高芯片的性能和降低能耗至关重要。

• 高质量与稳定性：该材料具有稳定、化学计量比准确、原子级厚度均匀的特点，确保了其在极薄层面上的优异性能。

二、技术创新与实现过程

• 原位插层氧化技术：团队创新开发出原位插层氧化技术，该技术能够精准控制氧原子一层一层有序嵌入金属元素的晶格中。这种技术克服了传统氧化铝材料在极薄层面上绝缘性能大幅下降的问题。

• 材料制备过程：首先，以锗基石墨烯晶圆作为预沉积衬底生长单晶金属铝；然后，利用石墨烯与单晶金属铝之间较弱的范德华作用力，实现4英寸单晶金属铝晶圆无损剥离；最后，在极低的氧气氛围下，氧原子逐层嵌入单晶金属铝表面的晶格中，最终得到稳定、化学计量比准确、原子级厚度均匀的氧化铝薄膜晶圆。

三、应用前景与意义

• 提升芯片性能：以单晶氧化铝为栅介质材料制备出的低功耗晶体管阵列具有良好的性能一致性。晶体管的击穿场强、栅漏电流、界面态密度等指标均满足国际器件与系统路线图对未来低功耗芯片的要求。

• 启发业界发展：这一研究成果有望启发业界发展新一代栅介质材料，推动二维集成电路等新型芯片技术的进一步发展。

四、研究成果的发表

相关研究成果已于2024年8月7日发表于国际学术期刊《自然》，这标志着我国科学家在新型芯片绝缘材料领域的研究达到了国际领先水平。

综上所述，我国科学家在新型芯片绝缘材料的开发上取得了重要突破，这一成果不仅提升了芯片的性能和稳定性，还为业界发展新一代栅介质材料提供了有力支持。