我国科学家实现材料突破，可用于开发低功耗芯片

中国科学家研发出面向二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰研究员团队在国际学术期刊《自然》上发表了一项重要研究成果。该团队成功研发出一种适用于二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料，这种材料具有卓越的绝缘性能，未来有望用于开发低功耗芯片。

传统的栅介质材料在厚度减小到纳米级别时，会因与二维半导体沟道材料间的界面特性导致电流泄漏，从而增加芯片的能耗和发热量。而单晶栅介质材料能够形成完美界面，但在通常情况下需要较高的工艺温度，这可能会对二维半导体材料造成损伤，并且难以达到理想的绝缘效果。狄增峰研究员指出，他们开发的单晶氧化铝栅介质材料，即使在厚度仅为1纳米时，也能有效阻止电流泄漏。

蓝宝石的主要构成材料就是氧化铝。传统的氧化铝材料通常呈现无序结构，在极薄层面上的绝缘性能不佳。研究团队采用单晶金属插层氧化技术，在室温下精准控制氧原子一层一层地有序嵌入金属元素的晶格中，最终得到了稳定、化学计量比准确、原子级厚度均匀的氧化铝薄膜晶圆。

利用这种单晶氧化铝栅介质材料，团队成功制备出了低功耗的晶体管阵列。该晶体管阵列不仅具有良好的性能一致性，而且在击穿场强、栅漏电流、界面态密度等关键指标上均满足国际器件与系统路线图对未来低功耗芯片的要求。这一突破性成果有望为业界发展新一代栅介质材料提供重要参考。

这项研究的成功展示了中国科学家在集成电路材料领域的创新能力，也为未来低功耗芯片的发展提供了新的可能性。随着科技的不断进步，这种单晶氧化铝栅介质材料有望在不久的将来应用于实际的芯片制造中，为电子设备的节能降耗做出贡献。