青年报·青春上海记者 刘晶晶 

硅基集成电路是现代技术进步的基石，但在尺寸缩小方面面临着严峻的挑战。中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰研究员团队以创新技术开发的新型介质“蓝宝石”，却能打破这一瓶颈。8月7日晚上，狄增峰研究员团队的这一突破性成果，被发表于国际学术期刊《自然》。

随着电子设备不断小型化和性能要求的提升，芯片中的晶体管数量持续增加，尺寸也日益缩小。这一趋势使得现代电子产品在便携性和功能性上都取得了显著进步。然而，晶体管尺寸的缩小同时带来了新的技术挑战，尤其是在介质材料方面。

电子芯片中的介质材料主要起到绝缘的作用，但当传统的介质材料厚度减小到纳米级别时，其绝缘性能会显著下降，导致电流泄漏。这不仅增加了芯片的能耗，还导致发热量上升，影响了设备的稳定性和使用寿命。

为了解决这一难题，狄增峰研究员团队开发了单晶金属插层氧化技术，室温下实现单晶氧化铝栅介质材料晶圆制备，并应用于先进二维低功耗芯片的开发。这一创新的金属插层氧化技术核心在于其能够在室温下，精准操控氧原子逐层嵌入铝的晶格中，形成有序的单晶氧化铝介质材料——蓝宝石。

这一科研成果的第一完成单位为中国科学院上海微系统所，第一作者为中国科学院上海微系统所曾道兵博士，中国科学院上海微系统所田子傲研究员、狄增峰研究员为共同通讯作者。研究工作获得国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院、上海市科委等项目的大力支持。

田子傲研究员介绍道：“与非晶材料相比，单晶氧化铝栅介质材料在结构和电子性能上具有明显优势，是基于二维半导体材料晶体管的理想介质材料。其态密度降低了两个数量级，相较于传统界面有了显著改善。”

狄增峰研究员则表示，硅基集成电路芯片长期使用非晶二氧化硅作为栅介质材料，从2005年，非晶高介电常数栅介质材料开始使用，进一步提升栅控能力。因此，栅介质材料一般认为是非晶材料，此次开拓性研制出单晶氧化物作为二维晶体管的栅介质材料并成功实现二维低功耗芯片，有望启发集成电路产业界发展新一代栅介质材料。

记者了解到，这一材料已成功应用于半导体芯片制程中，结合二维材料，制备出低功耗芯片器件。通过采用这种新型材料，芯片的功耗显著降低，续航能力和运行效率得到了大幅提升。

这一进展不仅对智能手机的电池续航具有重要意义，还为人工智能、物联网等领域的低功耗芯片发展提供了强有力的支持。此外，这项技术的应用前景广泛。随着5G、边缘计算和智能家居等新兴技术的发展，对低功耗、高性能芯片的需求不断增加。科研团队的这一突破性研究成果，将助力下一代智能设备的普及。

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑:张红叶

来源:青春上海News—24小时青年报