【IC设计前沿技术系列讲座】之美国IEEE Life Fellow黄正民教授学术报告

 

  2015年7月8日上午,应我校微纳中心系统集成研究中心执行主任、电子科学与技术系“千人计划”教授林福江的邀请,IEEE Life Fellow、美国里海大学教授、化合物半导体技术实验室主任黄正民(James C.M. Hwang)博士再次访问微纳中心,并以当今二维材料研究的前沿热点为背景,在23系会议室给同学们带来了一场题为“Phosphorene FETs –Promising Transistors Based on a few Layers of Phosphorus Atoms”的精彩报告。学术报告前黄正民教授在林福江教授的陪同下与物理学院陈仙辉教授就当前二维材料研究前沿热点——黑磷的生长及应用前景进行了交流并参观了我校的微纳研究与制造中心。

【黄正民教授做开场白】

【黄正民教授做开场白】

 

  金属-氧化物-半导体结构(MOS)是目前电子器件中最重要的器件之一,现代电子技术可以说是建立在MOS器件之上的。随着集成电路技术的不断发展,MOS技术到达了一个关键的转折点。由于器件尺寸不断缩小,导致MOS中氧化层厚度相应减小,电子的隧道穿透效应逐渐显现出来,引起的棚极-沟道漏电流急剧增大,导致器件发热量增加、性能下降甚至失效,因此限制了MOS器件尺寸的进一步缩小。当MOS进入65nm工艺时,二氧化硅的厚度已经降至1.2nm(大约相当于5个原子层的厚度),这样的厚度几乎已经达到了二氧化硅介质层物理极限,寻找新的替代材料似乎是唯一的解决办法。

  近年来,二维晶体材料因其优越的电气特性,成为半导体材料研究的新方向。继石墨烯、二硫化钼之后,去年,在《自然·纳米科技》杂志上,中国科学技术大学物理系陈仙辉教授课题组国际首先生长出了一种新型二维半导体材料——黑磷,并与复旦大学张远波教授课题组合作成功制备了性能优异的黑磷场效应晶体管器件,它将有可能替代传统的硅,成为电子线路的基本材料。(中国科大制备出二维黑磷场效应晶体管http://news.ustc.edu.cn/xwbl/201403/t20140305_190636.html)

 

【黑磷的原子结构图,褶皱蜂窝结构】

 

  二维晶体是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体,比如大名鼎鼎的石墨烯。但是石墨烯没有半导体带隙,也就是说它难以完成导体和绝缘体之间的转换,不能实现数字电路的逻辑开与关。而同样由单原子层堆叠而成的黑磷,是直接带隙材料。黑磷二维晶体有良好的电子迁移率(~1000cm2/Vs),还有非常高的漏电流调制率(是石墨烯的10000倍),与电子线路的传统材料硅类似。

  本次讲座中,黄正民教授重点总结了过去一年里二维材料研究领域内的飞速进展与变化,并就黑磷在众多二维材料中脱颖而出的原因以及当前面临的问题和在座的老师、同学们进行了交流讨论。讲座中同学们了解到,通过Al2O3,hBN等钝化方法,黑磷晶体管的在空气中的稳定性已经得到了很好的解决。目前存在的最大问题是大面积黑磷晶体的制备。而在黑磷晶体制备的领域,目前我校陈仙辉教授课题组走在了世界的前列,并且很有可能在大面积生长黑磷的技术上继续取得突破。

  从讲座开始到结束,来自信息学院,工程学院,化学学院同学们都积极地向教授提问并讨论,整个讲座以一种轻松地氛围进行着。James Hwang博士的讲座内容生动而新颖,让大家及时地了解到了当前MOS器件领域最前沿的进展。