与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

耿宇1,2,陈超1,3,4,陈匡磊1,5,6,张先坤1,4,6,张铮1,2,4,6,张跃1,3,5,6 （1.北京科技大学前沿交叉科学技术研究院;2.后摩尔时代芯片关键新材料与器件教育部重点实验室;3.新能源材料与技术北京市重点实验室;4.北京材料基因工程高精尖创新中心;5.新金属材料国家重点实验室;6.北京科技大学材料科学与工程学院）

摘要：作为现代信息社会的物理基石, 以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程. 但是, 随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限, 传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战, 导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生. 超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势, 可有效解决上述问题, 被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一. 目前, 二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果, 但距离产业化应用仍需要克服一些挑战. 本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势, 系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题, 提出了相应解决办法和应对措施, 分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战, 明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.

关键词：集成电路, 二维过渡金属硫族化合物, 电子器件, 与硅基技术兼容