中国团队研究解决了减少传统硅基芯片尺寸的关键障碍

中国科学家们研发出一种超薄半导体材料，这一进展可能会带来更快、更节能的微芯片。

由北京大学的刘开辉、人民大学的刘灿和中国科学院物理研究所的张光宇领导的团队，开发了一种制造方法，可以生产厚度仅为0.7纳米的半导体材料。

研究人员的发现于7月5日发表在同行评议期刊《科学》上，解决了减少传统硅基芯片尺寸的关键障碍——随着设备的缩小，硅芯片遇到了影响其性能的物理极限。

这些科学家探讨了二维（2D）过渡金属二硫化物（TMDs）作为硅的替代品，其厚度仅为0.7纳米，而传统硅芯片的厚度通常为5-10纳米。

TMDs还消耗更少的能量，并具有优越的电子传输特性，使其成为下一代电子和光子芯片中超缩放晶体管的理想选择。

然而，生产TMDs一直是一个挑战——直到现在。根据论文，科学家们开发的技术使他们能够快速生产高质量的七种配方的2D晶体，从而使大规模生产成为可能。

传统的制造工艺涉及在基板上一层一层地组装原子——就像用砖砌墙一样——常常导致晶体纯度不足，刘开辉告诉新华社。

“这是由于晶体生长中不可控的原子排列以及杂质和缺陷的积累，”他说。

团队在基板上排列了第一层原子，就像他们在进行传统工艺一样。然而，随后的原子被添加在基板和第一层晶体之间，像竹笋一样向上推动形成新层。

“界面生长”方法确保了每一层晶体的结构由下方的基板决定，这也有效防止了缺陷的积累并提高了结构的可控性。

北京大学网站上的一份声明称，研究中展示的技术实现了每分钟50层的晶体层形成速度，最多可达到15,000层。

“每一层的原子排列都完全平行并且精确可控，”大学表示。

团队的高质量2D晶体包括二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨、二硒化钨、二硫化铌、二硒化铌和硫硒化钼。

这些材料符合国际集成电路材料标准，包括国际设备和系统路线图的电子迁移率目标和频率转换能力，研究人员表示。

“这些2D晶体，作为集成电路中的晶体管材料使用时，可以显著提高芯片集成度。在指甲大小的芯片上，晶体管的密度可以大幅增加，从而提升计算能力，”刘开辉说。