經(jīng)過多年研究攻關(guān)，我國(guó)科學(xué)家成功研制出一種人造藍(lán)寶石作為絕緣介質(zhì)的晶圓，為開發(fā)低功耗芯片提供了重要的技術(shù)支撐。這一成果8月7日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
隨著電子設(shè)備不斷小型化和性能要求的提升，芯片中的晶體管數(shù)量持續(xù)增加，尺寸日益縮小，同時(shí)也帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是在介質(zhì)材料方面。電子芯片中的介質(zhì)材料主要起到絕緣的作用，但當(dāng)傳統(tǒng)的介質(zhì)材料厚度減小到納米級(jí)別時(shí)，其絕緣性能會(huì)顯著下降，導(dǎo)致電流泄漏。這不僅增加了芯片的能耗，還導(dǎo)致發(fā)熱量上升，影響了設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。為了解決這一難題，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種創(chuàng)新的金屬插層氧化技術(shù)。
中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員狄增峰介紹，以前的介質(zhì)材料主要是用非晶的材料來(lái)做，我們這次發(fā)明主要是發(fā)明了晶體的介質(zhì)材料，通過插層氧化的技術(shù)對(duì)單晶鋁進(jìn)行氧化，實(shí)現(xiàn)了單晶氧化鋁作為介質(zhì)材料，它在1納米下能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的泄漏電流。
中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員田子傲介紹，這個(gè)氧化鋁它就是藍(lán)寶石，它雖然是人工合成的，但是它的晶體結(jié)構(gòu)，它的介電特性，它的絕緣特性都是跟我們現(xiàn)實(shí)生活中的寶石的性能是一樣的。這個(gè)就是我們最典型的一個(gè)器件結(jié)構(gòu)，下面是鍺的半導(dǎo)體材料，中間是介質(zhì)，上面是金屬，這是中間薄薄的一層，大概只有2個(gè)納米，它就是我們?nèi)斯ず铣傻乃{(lán)寶石，可以看到它的它這個(gè)界面是非常清晰的，非常光滑的界面也有助于它限制漏電流的產(chǎn)生。
據(jù)介紹，通過采用這種新型材料，科研團(tuán)隊(duì)目前已成功制備出低功耗芯片器件，續(xù)航能力和運(yùn)行效率得到大幅提升。這一成果不僅對(duì)智能手機(jī)的電池續(xù)航具有重要意義，還為人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的低功耗芯片發(fā)展提供了有力支持。
