南理工在后摩尔时代芯片关键沟道材料研究领域取得重大突破

近日，南京理工大学材料学院曾海波、陈翔教授团队在后摩尔时代芯片关键沟道材料研究领域取得重大突破，成功开发出高性能二维P型半导体材料β-Bi2O3。相关成果发表在国际顶级期刊《Nature Materials》（影响因子37.2）上面。

随着硅基晶体管尺寸的持续微缩，摩尔定律正逼近其物理极限。传统硅基半导体技术所面临的“短沟道效应”和“功耗激增”等瓶颈问题愈发严峻。该校材料学院曾海波、陈翔教授团队为此将研究聚焦于目前已知的“非层状”晶体材料——这一材料科学领域待挖掘的“金矿”。针对二维非层状材料的各向异性生长和空穴迁移率提升的挑战，团队采用盐-氧辅助化学气相沉积（CVD）方法，结合独特的气-液-固-固（VLSS）生长机制，在SiO2/Si衬底上成功制备出原子级薄（<1 nm）、高质量的非层状二维β-Bi2O3晶体，突破了非层状金属氧化物在二维高质量、超薄、原子级表面平整以及优异P型晶体管性能方面的瓶颈，成功实现了室温下空穴迁移率136.6 cm2V-1s-1、电流开关比1.2 × 108的二维P型β-Bi2O3场效应晶体管，其性能为迄今报道的二维非层状半导体中最佳的P型晶体管性能。此外，通过研究揭示该材料的P型特性源于Bi 6s26p3轨道与O 2p4轨道在M点价带顶处的强亚轨道杂化作用。这一原创性工作不仅为开发丰富的二维非层状材料“金矿”提供了重要参考，更使二维β-Bi2O3成为未来电子学领域极具潜力的候选材料。