近日，國防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院研究團隊與合作單位共同研究，在新型高性能二維半導(dǎo)體晶圓級生長和可控摻雜領(lǐng)域取得重要突破，有望為后摩爾時代獨立自主可控的芯片技術(shù)提供關(guān)鍵材料和器件支撐。

飛速發(fā)展的人工智能技術(shù)對高性能、低功耗芯片的需求日趨迫切，目前摩爾定律正逼近物理極限，傳統(tǒng)硅基CMOS器件面臨嚴峻的性能瓶頸。學(xué)校前沿交叉學(xué)科學(xué)院朱夢劍研究員與中國科學(xué)院金屬研究所任文才研究員和徐川研究員聯(lián)合團隊建立了以液態(tài)金/鎢雙金屬薄膜為襯底的化學(xué)氣相沉積方法，實現(xiàn)了晶圓級、摻雜可調(diào)的單層WSi2N4薄膜的可控生長。其研發(fā)的新方法將疇區(qū)尺寸提升至亞毫米級，生長速率較已有文獻報道值高出約3個數(shù)量級。

化學(xué)氣相沉積法生長單層WSi2N4半導(dǎo)體薄膜

在器件性能方面，該方法具有摻雜濃度可調(diào)的獨特優(yōu)勢，通過原位缺陷工程有效調(diào)控載流子摻雜濃度，使其在5.8×1012cm-2至3.2×1013cm-2范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。值得關(guān)注的是，該材料還兼具優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，綜合性能在同類二維材料中表現(xiàn)突出。研究結(jié)果表明，單層WSi2N4作為新型高性能P型溝道材料，在二維半導(dǎo)體CMOS集成電路中具有廣闊的應(yīng)用前景。

單層WSi2N4場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能

本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和國防科技大學(xué)自主科研基金項目等項目的資助，以及國家高層次人才特殊支持計劃、軍隊高層次科技創(chuàng)新人才和國防科技大學(xué)領(lǐng)軍人才等人才工程的支持。

相關(guān)成果以“晶圓級、摻雜可調(diào)的P型半導(dǎo)體單層WSi2N4薄膜”為題，在線發(fā)表于國際頂級期刊《國家科學(xué)評論》(National Science Review）。