隨著芯片技術的不斷發展，晶體(ti) 管的尺寸不斷縮小，已逐漸接近物理極限。在這一背景下，柵介質材料作為(wei) 芯片中的關(guan) 鍵絕緣元件，其性能對芯片的整體(ti) 性能具有重要影響。

　　然而，傳(chuan) 統的柵介質材料在厚度減小到納米級別時，絕緣性能會(hui) 顯著下降，導致電流泄漏、芯片能耗增加和發熱量上升。因此，開發新型的高質量柵介質材料成為(wei) 解決(jue) 這一問題的關(guan) 鍵。

　　中國科學院上海微係統與(yu) 信息技術研究所的研究員狄增峰團隊成功開發出麵向二維集成電路的單晶氧化鋁柵介質材料——人造藍寶石。這種材料具有卓越的絕緣性能，即使在厚度僅(jin) 為(wei) 1納米時，也能有效阻止電流泄漏。

　　這一成果於(yu) 2024年8月7日發表於(yu) 國際學術期刊《自然》，標誌著我國在新型芯片絕緣材料領域取得了重要進展。

　　“二維集成電路是一種新型芯片，用厚度僅(jin) 為(wei) 1個(ge) 或幾個(ge) 原子層的二維半導體(ti) 材料構建，有望突破傳(chuan) 統芯片的物理極限。但由於(yu) 缺少與(yu) 之匹配的高質量柵介質材料，其實際性能與(yu) 理論相比尚存較大差異。”中國科學院上海微係統與(yu) 信息技術研究所研究員狄增峰說。

　　狄增峰表示，傳(chuan) 統的柵介質材料在厚度減小到納米級別時，絕緣性能會(hui) 下降，進而導致電流泄漏，增加芯片的能耗和發熱量。為(wei) 應對該難題，團隊創新開發出原位插層氧化技術。

　　該技術的核心在於(yu) 精準控製氧原子一層一層有序嵌入金屬元素的晶格中，從(cong) 而得到穩定、化學計量比準確、原子級厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。與(yu) 傳(chuan) 統的無序結構氧化鋁材料相比，這種有序結構的氧化鋁材料在極薄層麵上的絕緣性能得到了顯著提升。

　　具體(ti) 來看，團隊首先以鍺基石墨烯晶圓作為(wei) 預沉積襯底生長單晶金屬鋁，利用石墨烯與(yu) 單晶金屬鋁之間較弱的範德華作用力，實現4英寸單晶金屬鋁晶圓無損剝離，剝離後單晶金屬鋁表麵呈現無缺陷的原子級平整。

　　隨後，在極低的氧氣氛圍下，氧原子逐層嵌入單晶金屬鋁表麵的晶格中，最終得到穩定、化學計量比準確、原子級厚度均勻的氧化鋁薄膜晶圓。

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