在芯片的构成中，晶体管作为基本元件，其尺寸因芯片的缩小而持续逼近物理极限，当中发挥绝缘作用的栅介质材料极为关键。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰团队成功研制出针对二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料——人造蓝宝石。该材料的绝缘性能出众，哪怕厚度仅为 1 纳米，依然能够切实地阻止电流泄漏。相关成果于 8 月 7 日在国际学术期刊《自然》上发表。

   中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰指出：“二维集成电路属于新型芯片，由厚度仅为 1 个或几个原子层的二维半导体材料构建而成，有突破传统芯片物理极限的可能。然而，因缺乏与之适配的高品质栅介质材料，其实际性能和理论相比仍存在较大差距。”

   狄增峰还表示，当传统的栅介质材料厚度降低至纳米级别时，其绝缘性能就会降低，从而引发电流泄漏，致使芯片的能耗和发热量增加。为解决这一难题，团队创造性地研发出了原位插层氧化技术。

   中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员田子傲称：“原位插层氧化技术的关键在于精确把控氧原子一层一层有序地嵌入金属元素的晶格当中。传统氧化铝材料往往呈现无序结构，这会造成其在极薄层面上的绝缘性能显著下降。”

   具体而言，团队起初将锗基石墨烯晶圆当作预沉积衬底来生长单晶金属铝，借助石墨烯与单晶金属铝之间相对较弱的范德华作用力，达成了 4 英寸单晶金属铝晶圆的无损剥离，剥离完成后，单晶金属铝表面呈现出毫无缺陷的原子级平整状态。紧接着，在极低的氧气环境中，氧原子逐层次地嵌入到单晶金属铝表面的晶格内，最终获取了稳定、化学计量比精确、原子级厚度均匀的氧化铝薄膜晶圆。

    狄增峰介绍道，团队顺利地以单晶氧化铝作为栅介质材料制造出了低功耗的晶体管阵列，该晶体管阵列具备优良的性能一致性。晶体管的击穿场强、栅漏电流、界面态密度等指标均符合国际器件与系统路线图针对未来低功耗芯片提出的要求，有希望给业界开发新一代栅介质材料带来启示。

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