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先進(jìn)芯片是當(dāng)前信息社會(huì)和人工智能時(shí)代的最底層科技基石，掌握新一代芯片的材料、工藝、器件、設(shè)計(jì)、制造是相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)科技戰(zhàn)略創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。由于經(jīng)典的幾何微縮的摩爾定律在2003年90nm節(jié)點(diǎn)，和等效的摩爾定律在2020年7nm節(jié)點(diǎn)都相繼失效，硅基晶體管的微縮速度大大降低，主要原因是晶體管在多個(gè)幾何維度進(jìn)入了亞10nm尺度，傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的量子效應(yīng)開始顯現(xiàn)，繼續(xù)微縮遇到了很大的材料、工藝、器件結(jié)構(gòu)、制造良率和成本的挑戰(zhàn)。因此，在后摩爾時(shí)代，如何通過基礎(chǔ)研究，尤其是芯片新材料和新型器件的創(chuàng)新推動(dòng)下一代高性能芯片的發(fā)展是當(dāng)前最有挑戰(zhàn)性的研究方向之一。

以過渡金屬二硫?qū)倩衔餅榇淼膶訝畎雽?dǎo)體材料是被認(rèn)為是最有潛力的芯片新材料之一，由多種層狀半導(dǎo)體材料材料組成的橫向結(jié)，例如同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、混合多級(jí)結(jié)與超晶格結(jié)等，具有多種可調(diào)諧的電學(xué)與光學(xué)特性，為下一代高性能電子器件發(fā)展提供了全新的研究自由度，也為開發(fā)基于新原理與結(jié)構(gòu)的并超越傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的新一代芯片提供了全新的研究方略。

近日，結(jié)合團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的多項(xiàng)研究成果，清華大學(xué)材料學(xué)院王琛助理教授、李正操教授和物理系熊啟華教授等系統(tǒng)提出橫向?qū)訝畎雽?dǎo)體結(jié)的總體研究框架（圖1），并在此基礎(chǔ)上梳理了近年來橫向結(jié)的精細(xì)可控合成、電子結(jié)構(gòu)調(diào)制與光學(xué)性能調(diào)控、新結(jié)構(gòu)高性能邏輯器件與光電器件的原型器件和應(yīng)用，并對(duì)困擾業(yè)界多年的橫向結(jié)器件獨(dú)特性能優(yōu)勢(shì)、最優(yōu)橫向結(jié)器件的結(jié)寬標(biāo)準(zhǔn)等爭(zhēng)論焦點(diǎn)給與系統(tǒng)梳理，并為未來此類芯片新材料橫向結(jié)的發(fā)展給出了系統(tǒng)分析和前景展望（圖2）。

圖1 橫向?qū)訝畎雽?dǎo)體結(jié)的總體研究框架

圖2 層狀半導(dǎo)體橫向結(jié)的核心研究脈絡(luò)和廣闊發(fā)展前景

本工作圍繞橫向?qū)訝畎雽?dǎo)體結(jié)的可控合成、多維度性能調(diào)控與高性能器件制備，以“基于層狀半導(dǎo)體橫向結(jié)的新型電子器件應(yīng)用（Lateral layered semiconductor multijunction for novel electronic devices）”為題，于4月28日在線發(fā)表在國(guó)際材料領(lǐng)域高影響力期刊《皇家化學(xué)會(huì)評(píng)論》（Chemical Society Reviews）上。

材料學(xué)院2021級(jí)博士研究生張思勉和鄧曉楠為論文共同第一作者，材料學(xué)院王琛助理教授、李正操教授和物理系熊啟華教授為本文的共同通訊作者，材料學(xué)院呂瑞濤副教授、劉鍇副教授也對(duì)本工作給予了大力支持，相關(guān)研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和清華-佛山創(chuàng)新專項(xiàng)基金的支持。

材料學(xué)院王琛助理教授課題組致力從芯片新材料與后摩爾集成芯片兩個(gè)端口，多維度開展新型半導(dǎo)體材料、芯片互聯(lián)材料、下一代半導(dǎo)體工藝、新原理高性能器件、多源異質(zhì)集成微系統(tǒng)和新一代芯片的系統(tǒng)性基礎(chǔ)研究和融合性應(yīng)用研究。材料學(xué)院李正操教授課題組長(zhǎng)期致力于材料設(shè)計(jì)與輻照效應(yīng)、核能材料與系統(tǒng)安全等的研究。物理系熊啟華教授課題組長(zhǎng)期致力于凝聚態(tài)光譜學(xué)、超快光譜學(xué)、微腔增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用、光子學(xué)和光電子學(xué)器件的研究。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D1CS01092A