分會

第四十二分會：納米材料的合成與組裝

摘要

硅是半導體工業(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，限制了硅在先進制程工藝中的應用。為進一步延續(xù)摩爾定律，開發(fā)高遷移率新型超薄半導體溝道材料和高介電常數(shù)（κ > 10）超薄高質量氧化物介電層，成為科學界和產(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量自身氧化物，限制了其進一步發(fā)展。 在我們組前期開發(fā)的新型高遷移率二維半導體硒氧化鉍（Bi2O2Se）的研究基礎上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的可控熱氧化的精度可以達到單個晶胞級別，實現(xiàn)逐層氧化，且所得的半導體/氧化物界面為原子級平整。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 / Bi2SeO5二者構筑的異質結能帶匹配（導帶和價帶能量差均大于1 eV）。以Bi2SeO5為柵介電層直接構筑的場效應晶體管，其遷移率超過300 cm2V-1s-1, 開關比接近106，轉移曲線回滯顯著小于類似結構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0.9 nm。該研究工作突破了二維高遷移率半導體器件與超薄介電層集成這一瓶頸，有望推動二維集成電路的發(fā)展。

關鍵詞

二維；Bi2O2Se；自然氧化物；Bi2SeO5；場效應晶體管

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