《自然·材料》（Nature Materials）发表了武汉大学院长何军课题组在后摩尔时代先进技术节点器件高κ单晶栅介质方面的最新进展，文章题目为“High-κmonocrystalline dielectrics for low-power two-dimensional electronics”。
CMOS晶体管作为微电子芯片的核心单元，其物理特征尺寸的不断微缩一直是集成电路发展的主要动力。然而，随着集成电路向亚3 nm技术节点迈进，以硅锗为主导的晶体管的关键尺寸正逼近其物理极限。二维半导体因其独特的晶体结构和物理化学性质，成为后摩尔信息技术的研究前沿。但由于传统硅基非晶栅介质材料存在高密度的缺陷，难以与二维半导体沟道形成理想的异质界面，基于二维半导体的电子器件尚未发挥其理论预测的全部潜力。此外，受限于带隙与介电常数之间的反比关系，介电常数高的材料通常表现出较弱的介电强度。为破解这一倒置关系，开发兼具高介电常数与宽带隙的单晶栅介质将有助于提升二维晶体管的性能和可靠性，进而推动后摩尔低功耗芯片的实现。
何军研究团队通过范德华外延方法，成功制备出兼具高介电常数（~25.5）和宽带隙的单晶二维氧化钆薄膜，突破了介电材料普遍受限于带隙和介电常数之间的反比关系。在5 MV cm-1的电场作用下，等效氧化层厚度低至1 nm的二维氧化钆仍展现出超低的泄漏电流（10-4A cm-2），满足IRDS对低功耗器件的要求。进一步，通过范德华相互作用实现单晶氧化钆与二维半导体的无损集成，高κ介电环境以及高质量栅介质/半导体界面使所构筑的二维晶体管器件在低驱动电压下表现出优异的调控性能，开关比超过109，亚阈值摆幅趋近玻尔兹曼物理极限，且能很好的屏蔽短沟道效应。基于以上低功耗二维晶体管构建的反相器电路增益达到40，功耗低至3.5nW。
这一重大成果不仅是后摩尔时代先进技术节点器件的重大突破，它的推广有望形成最新“反卡脖子技术”。
突破卡脖子技术：武汉大学院长何军后摩尔时代先进技术取得革命性进展
版主： Softfist
#3 Re: 突破卡脖子技术，武汉大学院长何军后摩尔时代先进技术取得革命性进展
以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料是我国制造业转型升级的驱动因素和重要保证。记者从中国科学院微电子研究所获悉，我国在太空成功验证了首款国产碳化硅（SiC）功率器件，第三代半导体材料有望牵引我国航天电源升级换代。
据中国科学院微电子研究所刘新宇研究员介绍，功率器件是实现电能变换和控制的核心，被誉为“电力电子系统的心脏”，是最为基础、应用最为广泛的器件之一。
随着硅基功率器件的性能逼近极限，以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料，以其独特优势可满足空间电源系统高能效、小型化、轻量化需求，对新一代航天技术发展具有重要战略意义。
2024年11月15日，中国科学院微电子研究所刘新宇、汤益丹团队和中国科学院空间应用工程与技术中心刘彦民团队共同研制的碳化硅（SiC）载荷系统，搭乘天舟八号货运飞船飞向太空，开启了空间站轨道科学试验之旅。
“本次搭载主要任务是对国产自研、高压抗辐射的碳化硅（SiC）功率器件进行空间验证，并在航天电源中进行应用验证，同时进行综合辐射效应等科学研究，逐步提升我国航天数字电源功率，支撑未来单电源模块达到千瓦级。”刘新宇说。
通过一个多月的在轨加电试验，碳化硅（SiC）载荷测试数据正常，成功进行了高压400V碳化硅（SiC）功率器件在轨试验与应用验证，在电源系统中静态、动态参数均符合预期。 业内专家认为，我国在太空成功验证第三代半导体材料制造的功率器件，标志着在以“克”为计量的空间载荷需求下，碳化硅（SiC）功率器件有望牵引空间电源系统的升级换代，为未来我国在探月工程、载人登月、深空探测等领域提供新一代功率器件。
据中国科学院微电子研究所刘新宇研究员介绍，功率器件是实现电能变换和控制的核心，被誉为“电力电子系统的心脏”，是最为基础、应用最为广泛的器件之一。
随着硅基功率器件的性能逼近极限，以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料，以其独特优势可满足空间电源系统高能效、小型化、轻量化需求，对新一代航天技术发展具有重要战略意义。
2024年11月15日，中国科学院微电子研究所刘新宇、汤益丹团队和中国科学院空间应用工程与技术中心刘彦民团队共同研制的碳化硅（SiC）载荷系统，搭乘天舟八号货运飞船飞向太空，开启了空间站轨道科学试验之旅。
“本次搭载主要任务是对国产自研、高压抗辐射的碳化硅（SiC）功率器件进行空间验证，并在航天电源中进行应用验证，同时进行综合辐射效应等科学研究，逐步提升我国航天数字电源功率，支撑未来单电源模块达到千瓦级。”刘新宇说。
通过一个多月的在轨加电试验，碳化硅（SiC）载荷测试数据正常，成功进行了高压400V碳化硅（SiC）功率器件在轨试验与应用验证，在电源系统中静态、动态参数均符合预期。 业内专家认为，我国在太空成功验证第三代半导体材料制造的功率器件，标志着在以“克”为计量的空间载荷需求下，碳化硅（SiC）功率器件有望牵引空间电源系统的升级换代，为未来我国在探月工程、载人登月、深空探测等领域提供新一代功率器件。
#12 Re: 突破卡脖子技术，武汉大学院长何军后摩尔时代先进技术取得革命性进展
二维材料的口碑已经被做烂了，所以改称原子制造继续行骗earlybird1 写了： 2025年 2月 2日 21:46 《自然·材料》（Nature Materials）发表了武汉大学院长何军课题组在后摩尔时代先进技术节点器件高κ单晶栅介质方面的最新进展，文章题目为“High-κmonocrystalline dielectrics for low-power two-dimensional electronics”。
CMOS晶体管作为微电子芯片的核心单元，其物理特征尺寸的不断微缩一直是集成电路发展的主要动力。然而，随着集成电路向亚3 nm技术节点迈进，以硅锗为主导的晶体管的关键尺寸正逼近其物理极限。二维半导体因其独特的晶体结构和物理化学性质，成为后摩尔信息技术的研究前沿。但由于传统硅基非晶栅介质材料存在高密度的缺陷，难以与二维半导体沟道形成理想的异质界面，基于二维半导体的电子器件尚未发挥其理论预测的全部潜力。此外，受限于带隙与介电常数之间的反比关系，介电常数高的材料通常表现出较弱的介电强度。为破解这一倒置关系，开发兼具高介电常数与宽带隙的单晶栅介质将有助于提升二维晶体管的性能和可靠性，进而推动后摩尔低功耗芯片的实现。
何军研究团队通过范德华外延方法，成功制备出兼具高介电常数（~25.5）和宽带隙的单晶二维氧化钆薄膜，突破了介电材料普遍受限于带隙和介电常数之间的反比关系。在5 MV cm-1的电场作用下，等效氧化层厚度低至1 nm的二维氧化钆仍展现出超低的泄漏电流（10-4A cm-2），满足IRDS对低功耗器件的要求。进一步，通过范德华相互作用实现单晶氧化钆与二维半导体的无损集成，高κ介电环境以及高质量栅介质/半导体界面使所构筑的二维晶体管器件在低驱动电压下表现出优异的调控性能，开关比超过109，亚阈值摆幅趋近玻尔兹曼物理极限，且能很好的屏蔽短沟道效应。基于以上低功耗二维晶体管构建的反相器电路增益达到40，功耗低至3.5nW。
这一重大成果不仅是后摩尔时代先进技术节点器件的重大突破，它的推广有望形成最新“反卡脖子技术”。