近日，南京理工大學(xué)材料學(xué)院曾海波、陳翔教授團(tuán)隊在后摩爾時代芯片關(guān)鍵溝道材料研究領(lǐng)域取得重大突破，成功開發(fā)出高性能二維P型半導(dǎo)體材料β-Bi2O3。相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Materials》（影響因子37.2）上面。

隨著硅基晶體管尺寸的持續(xù)微縮，摩爾定律正逼近其物理極限。傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體技術(shù)所面臨的“短溝道效應(yīng)”和“功耗激增”等瓶頸問題愈發(fā)嚴(yán)峻。該校材料學(xué)院曾海波、陳翔教授團(tuán)隊為此將研究聚焦于目前已知的“非層狀”晶體材料——這一材料科學(xué)領(lǐng)域待挖掘的“金礦”。針對二維非層狀材料的各向異性生長和空穴遷移率提升的挑戰(zhàn)，團(tuán)隊采用鹽-氧輔助化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，結(jié)合獨特的氣-液-固-固（VLSS）生長機制，在SiO2/Si襯底上成功制備出原子級薄（<1 nm）、高質(zhì)量的非層狀二維β-Bi2O3晶體，突破了非層狀金屬氧化物在二維高質(zhì)量、超薄、原子級表面平整以及優(yōu)異P型晶體管性能方面的瓶頸，成功實現(xiàn)了室溫下空穴遷移率136.6 cm2V-1s-1、電流開關(guān)比1.2 × 108的二維P型β-Bi2O3場效應(yīng)晶體管，其性能為迄今報道的二維非層狀半導(dǎo)體中最佳的P型晶體管性能。此外，通過研究揭示該材料的P型特性源于Bi 6s26p3軌道與O 2p4軌道在M點價帶頂處的強亞軌道雜化作用。這一原創(chuàng)性工作不僅為開發(fā)豐富的二維非層狀材料“金礦”提供了重要參考，更使二維β-Bi2O3成為未來電子學(xué)領(lǐng)域極具潛力的候選材料。