中國科學(xué)院大學(xué)教授周武課題組與多家單位合作，提出了一種全新的基于界面耦合的p型摻雜二維半導體方法。這一創(chuàng )新方法打破了硅基邏輯電路的底層“封印”，基于量子效應獲得了三維垂直集成多層互補型晶體管電路，為后摩爾時(shí)代二維半導體器件的發(fā)展提供了思路。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然》。
經(jīng)過(guò)數十年發(fā)展，半導體工藝制程已逐漸逼近亞納米物理極限，傳統硅基集成電路難以依靠進(jìn)一步縮小晶體管面內尺寸來(lái)延續摩爾定律。發(fā)展垂直架構的多層互連CMOS邏輯電路以實(shí)現三維集成技術(shù)的突破，已成為國際半導體領(lǐng)域積極探尋的新方向。
研究團隊提出的新方法采用界面效應的顛覆性路線(xiàn)，工藝簡(jiǎn)單、效果穩定，可以有效保持二維半導體本征的優(yōu)異性能。在此基礎上，他們利用垂直堆疊的方式制備了由14層范德華材料組成、包含4個(gè)晶體管的互補型邏輯門(mén)NAND以及SRAM等器件。
利用低電壓球差校正掃描透射電鏡，研究團隊對由14層范德華材料組成的NAND器件的截面結構進(jìn)行了原子尺度的深入表征。分析結果表明，器件關(guān)鍵組分MoS2、CrOCl與h-BN層之間具有原子級清晰的界面。相應的電子能量損失譜化學(xué)成像進(jìn)一步證實(shí)了這一結論。密度泛函理論計算揭示了這種界面耦合誘導的極性反轉源于過(guò)渡金屬硫族化物（TMD）材料向CrOCl的電荷轉移以及伴隨的電子間相互作用。
該摻雜策略預期可廣泛適用于TMD材料與具有高功函數的層狀絕緣體之間的界面，有望推動(dòng)半導體電路先進(jìn)三維集成進(jìn)一步發(fā)展。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07438-5
（原載于《中國科學(xué)報》 2024-06-05 第1版 要聞）
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