彭海琳课题组报道首例外延高κ栅介质集成型二维鳍式晶体管

北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组报道了全球首例外延高κ栅介质集成型二维鳍式晶体管。这一原创性工作突破了后摩尔时代高速低功耗芯片的二维新材料精准合成与新架构集成瓶颈，为开发未来先进芯片技术带来了新的机遇。

近年来，我国“芯片荒”这一“老大难”问题屡屡成为焦点。为了让“卡脖子”的手松一点，北大人一直在这条荆棘丛生的道路上砥砺前行，力求为我国集成电路技术的迭代升级事业添砖加瓦。2023年3月22日，彭海琳课题组在Nature在线发表题为《外延高κ栅氧化物集成型二维鳍式晶体管》（“2D fin field-effect transistors integrated with epitaxial high-κgate oxide”）的研究论文。这一研究报道了世界首例二维半导体鳍片/高κ栅氧化物异质结阵列的外延生长及其三维架构的集成制备，并研制了高性能二维鳍式场效应晶体管（2D FinFET）。

研究成果Nature截图

高κ栅氧化物集成型二维鳍式晶体管（2D FinFET）示意图

彭海琳课题组长期从事二维材料物理化学与表界面调控研究，致力于解决具有挑战性的国际前沿科学问题。近期，他们致力于将高迁移率二维半导体与高κ栅介质精准集成并极限微缩成三维新架构。彭海琳课题组独辟蹊径，建立了绝缘基底上晶圆级二维半导体Bi2O2Se垂直鳍片阵列的外延生长方法。同时，利用可控氧化方法，实现了二维Bi2O2Se鳍片/高κ自氧化物Bi2SeO5异质结的外延集成。新型二维半导体沟道/外延集成高κ栅介质基二维鳍式晶体管在迁移率（270cm2/Vs）、关态电流（1 pA/μm）和电流开关比（108）等性能满足业界高性能低功耗器件要求；在开态电流密度方面，相对于商用硅、锗及二维过渡金属硫化物（TMD）等材料，Bi2O2Se/Bi2SeO5二维鳍式晶体管也展现出电子学上的优势和潜力。

彭海琳是该论文工作的通讯作者，北京大学化学与分子工程学院BMS Fellow博士后谭聪伟，博士研究生于梦诗、唐浚川、高啸寅是共同第一作者。生长理论计算和形貌表征方面的主要合作者还包括韩国蔚山国立科技研究院丁峰教授、清华大学物理系姜开利教授等。该研究成果得到国家自然科学基金委、科技部、北京分子科学国家研究中心、腾讯基金会、北京大学博雅博士后、北京分子科学国家研究中心博士后项目等机构和项目的资助，并得到了北京大学化学与分子工程学院的分子材料与纳米加工实验室（MMNL）仪器平台的支持。

来源：北京大学