2003网站太阳集团在二維半導體超薄介電層集成技術研究取得重要進展

近日，我院和物理與微電子科學學院合作，利用範德華集成策略，結合原子尺度二維硫化铪的物性轉變，獲得了超薄氧化铪介電層和絕對理想的栅介質/半導體界面，突破了二維電子器件超薄介電層集成的瓶頸，有望推動二維集成電路的發展。該成果以“Molybdenum disulfide transistors with enlarged van der Waals gaps at their dielectric interface via oxygen accumulation”為題發表在國際頂級電子學期刊《Nature Electronics》上。

器件的結構表征和基礎性能。

二維半導體有着化學惰性的表面，通常缺乏懸挂鍵和親水基團，這使得超薄介電材料的異質集成面臨巨大挑戰。同時，為了保持低的晶體管制備溫度，栅極介質材料多為非晶态，這導緻了高的介質/溝道界面缺陷态密度，造成大的晶體管回滞電壓。因此，尋找新的技術方案來優化二維半導體與栅極介質之間的界面，在不損傷溝道本征性能的前提下，實現高質量栅極界面，對新型半導體器件的構建至關重要。

當距離超過3埃時，兩種材料間的耦合作用會極大減弱并形成一個接近物理吸附的界面。此時，兩種材料的電子性質不再相互影響，介質缺陷與溝道層之間的耦合作用将被極大削弱，并保留各自固有的電學特性。通過範德華異質集成，巧妙地在栅極絕緣層和MoS₂溝道之間構建了寬度達到5.3埃的範德華間隙（圖1），有效的拉開了半導體溝道層與栅極絕緣層的距離，實現了準物理吸附的異質界面，去除了栅極缺陷與溝道之間的缺陷耦合，獲得了回滞電壓低至10 mV、亞阈值擺幅接近理論極限的MoS₂頂栅晶體管。基于該晶體管優良的電學性能，組裝了或、與、非邏輯門電路，并實現超高的電壓增益。

我院劉興強教授和廖蕾教授、博士後秦文靜以及武漢大學何軍教授是該工作的共同通訊作者，2003网站太阳集团為第一通訊單位。碩士研究生羅鵬飛和博士研究生柳暢為文章共同第一作者。該工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和湖南省自然科學基金等項目的支持。

文章鍊接https://www.nature.com/articles/s41928-022-00877-w