在集成電路技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的今天，摩爾定律所揭示的晶體管性能提升已趨近物理極限，而功耗問(wèn)題則日益凸顯。隨著晶體管尺寸縮小，功耗并未等比例下降，這成為業(yè)界亟待解決的難題。
為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究者們探索了新型高k氧化物介電材料和負(fù)電容晶體管等技術(shù)路徑，以降低工作電壓功耗。然而，這些路徑均面臨一個(gè)共同難題：如何在提高介電常數(shù)的同時(shí)保持寬帶隙。
以往，科學(xué)家們認(rèn)為高介電常數(shù)和寬帶隙難以兼得，原因在于強(qiáng)Born有效電荷會(huì)導(dǎo)致介電常數(shù)與帶隙成反比關(guān)系。這一認(rèn)知限制了材料的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。
近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所駱軍委團(tuán)隊(duì)與寧波東方理工大學(xué)魏蘇淮教授聯(lián)手，取得了突破性進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)巖鹽礦結(jié)構(gòu)氧化鈹（rs-BeO）異常地同時(shí)具有高介電常數(shù)和寬帶隙，打破了傳統(tǒng)認(rèn)知。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)深入分析發(fā)現(xiàn)，rs-BeO中Be原子尺寸較小，導(dǎo)致相鄰氧原子電子云高度重疊，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的庫(kù)侖排斥力。這種排斥力拉大了原子間距，降低了原子鍵強(qiáng)度和光學(xué)聲子模頻率，從而實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)的顯著提升。
基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了全新的理論：通過(guò)拉升原子鍵長(zhǎng)度來(lái)降低原子鍵強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光學(xué)聲子模的軟化。這一理論為解決集成電路中高k介電材料和鐵電材料的應(yīng)用難題提供了新思路，也為發(fā)展兼容CMOS工藝的新原理器件指明了方向。
該研究成果已于10月31日在《自然》雜志上發(fā)表，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。這一發(fā)現(xiàn)不僅有望推動(dòng)集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，還可能為未來(lái)電子器件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)帶來(lái)革命性變革。
