分會(huì)

第四十二分會(huì)：納米材料的合成與組裝

摘要

硅是半導(dǎo)體工業(yè)的基石，其自身氧化物二氧化硅兼具致密、均勻、絕緣的特性，在各類電子器件和精密儀器中發(fā)揮了重要的作用。然而，二氧化硅的介電常數(shù)只有~3.9，限制了硅在先進(jìn)制程工藝中的應(yīng)用。為進(jìn)一步延續(xù)摩爾定律，開發(fā)高遷移率新型超薄半導(dǎo)體溝道材料和高介電常數(shù)（κ > 10）超薄高質(zhì)量氧化物介電層，成為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的近二十年來主流研究方向之一。然而截至目前，除硅之外的其它半導(dǎo)體材料（如鍺、砷化鎵、一維碳納米管、二維硫化鉬、黑磷等）都不具備與二氧化硅可比擬的高質(zhì)量自身氧化物，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。 在我們組前期開發(fā)的新型高遷移率二維半導(dǎo)體硒氧化鉍（Bi2O2Se）的研究基礎(chǔ)上1，我們發(fā)現(xiàn)可通過熱氧化的氧化方式在Bi2O2Se表面形成自然氧化物亞硒酸氧鉍（Bi2SeO5）2。二維Bi2O2Se的可控?zé)嵫趸木瓤梢赃_(dá)到單個(gè)晶胞級(jí)別，實(shí)現(xiàn)逐層氧化，且所得的半導(dǎo)體/氧化物界面為原子級(jí)平整。通過熱氧化法制備的自然氧化物擁有高介電常數(shù)（κ = 21）和良好的絕緣性能。Bi2O2Se / Bi2SeO5二者構(gòu)筑的異質(zhì)結(jié)能帶匹配（導(dǎo)帶和價(jià)帶能量差均大于1 eV）。以Bi2SeO5為柵介電層直接構(gòu)筑的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其遷移率超過300 cm2V-1s-1, 開關(guān)比接近106，轉(zhuǎn)移曲線回滯顯著小于類似結(jié)構(gòu)的二氧化鉿頂柵晶體管，亞閾值擺幅SS < 75 mV/dec，證明介電層的質(zhì)量較高且界面缺陷少。器件使用的最小等效氧化層厚度（EOT）可達(dá)0.9 nm。該研究工作突破了二維高遷移率半導(dǎo)體器件與超薄介電層集成這一瓶頸，有望推動(dòng)二維集成電路的發(fā)展。

關(guān)鍵詞

二維；Bi2O2Se；自然氧化物；Bi2SeO5；場(chǎng)效應(yīng)晶體管

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