首例低功耗二維環(huán)柵晶體管問(wèn)世速度最快能耗最低

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2025-02-22 18:26:09 光明網(wǎng)

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員團(tuán)隊(duì)合作，成功研制出世界首例低功耗高性能二維環(huán)柵晶體管及邏輯單元。這種晶體管的速度和能效超越了硅基物理極限，成為目前速度最快、能耗最低的晶體管。這項(xiàng)成果有望推動(dòng)芯片領(lǐng)域的新一輪技術(shù)革新，為我國(guó)先進(jìn)制程集成電路制造技術(shù)的發(fā)展贏得主動(dòng)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·材料》上。

二維環(huán)柵晶體管結(jié)合了二維半導(dǎo)體材料和全環(huán)繞柵極結(jié)構(gòu)。盡管這類晶體管被認(rèn)為是未來(lái)集成電路芯片功耗縮放與性能釋放的最優(yōu)解之一，但當(dāng)前最高水平的二維環(huán)柵晶體管在性能和功耗方面仍無(wú)法與主流硅基晶體管相媲美，且缺乏規(guī)?；苽洚愘|(zhì)結(jié)的技術(shù)手段。

為解決這些問(wèn)題，彭海琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)使用自主研發(fā)的新型高遷移率鉍基二維半導(dǎo)體材料（硒氧化鉍，Bi2O2Se）及其高介電常數(shù)自然氧化物柵介質(zhì)（Bi2SeO5），制作了先進(jìn)的二維環(huán)柵晶體管。這種材料制成的控制柵極可以非常薄且不漏電，提升了算力并降低了能耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同工作條件下，他們研制的鉍基二維環(huán)柵晶體管性能超越了英特爾、臺(tái)積電、三星等公司報(bào)道的最先進(jìn)的環(huán)柵晶體管，運(yùn)算速度和能效均超過(guò)當(dāng)前商用硅基晶體管的最佳水平。

該研究不僅展示了我國(guó)科學(xué)家自主開(kāi)發(fā)材料體系的能力，還為下一步規(guī)模邏輯器件量產(chǎn)積累了經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)階段，這種晶體管可用于制造高性能傳感器和柔性電子器件，并展現(xiàn)出更大的潛力。研究人員正進(jìn)一步探索其應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)傳感、存儲(chǔ)、計(jì)算一體化集成功能，引發(fā)更具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)革新。

(責(zé)任編輯：張小花 TT1000)

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