中科院金属研究所二维半导体器件研究获得重要突破

中科院金属研究所的信息显示，在山西大学韩拯教授领衔下，中国科学院金属研究所李秀艳研究员、辽宁材料实验室王汉文副研究员、中山大学侯仰龙教授、中国科学院大学周武教授等参与合作，提出了一种全新的基于界面耦合（理论表明量子效应在其中起到关键作用）的p-掺杂二维半导体方法，为后摩尔时代未来二维半导体器件的发展提供了思路。

随着半导体工艺制程不断逼近亚纳米物理极限，发展垂直架构的多层互连CMOS逻辑电路，从而获得三维集成技术的突破，是国际半导体领域积极探寻的新路径之一。由于硅基晶体管制备工艺采用单晶硅表面离子注入的方式，很难实现在一层离子注入的单晶硅上方再次生长或转移单晶硅。虽然可以通过三维空间连接电极、芯粒等方式提高集成度，但是关键的晶体管始终分布在最底层，无法获得z方向的自由度。新材料、或颠覆性原理因此成为备受关注的重要突破点。

图片来源：中科院金属所

韩拯教授等研究人员提出的新方法采用界面效应的颠覆性路线，工艺简单、效果稳定、并且可以有效保持二维半导体本征的优异性能。进一步，利用垂直堆叠的方式，制备了由14层范德华材料组成、包含4个晶体管的互补型逻辑门NAND以及SRAM等器件（如图所示）。这一创新方法打破了硅基逻辑电路的底层“封印”，基于量子效应获得了三维（3D）垂直集成多层互补型晶体管电路，

该研究成果以“Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic”为题于2024年5月29日在Nature杂志在线发表。