阿卜杜拉國王科技?學制造出世界上第?款功能性2D芯?

阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）首次展示的集成了具有奇異性質的二維原子級薄材料的功能性微芯片預示著微電子學的新時代，這一突破證明了二維材料在擴大基于微芯片技術的功能和性能方面的潛力。

自從2004年科學家首次制造出原子級石墨薄層——石墨烯以來，由于其奇特和有前途的物理特性，人們對這種材料的先進和新型應用產生了強烈的興趣。但是，盡管經過二十年的研究，基于這些二維材料的功能性微器件已被證明是難以實現的，因為在制造和處理這種脆弱的薄膜方面存在挑戰。

受蘭扎實驗室最近在功能性二維薄膜方面取得的成就的啟發，KAUST領導的合作現在已經生產并展示了一個基于二維的微芯片原型。

“我們的動機是通過使用傳統的硅基CMOS微電路作為基礎和標準的半導體制造技術，提高基于二維材料的電子設備和電路的技術準備水平，”蘭扎說?！叭欢?，挑戰在于合成的二維材料可能包含局部缺陷，如原子雜質，會導致小器件失效。而且，要把二維材料集成到微芯片中而不損壞它是非常困難的?！?/p>

研究小組優化了芯片的設計，使其更容易制造并將缺陷的影響降到最低。他們通過在芯片的一側制造標準的互補金屬氧化物半導體（CMOS）晶體管，并將互連線輸送到底部，在那里，2D材料可以在直徑小于0.25微米的小墊子中可靠地轉移。

“我們生產了二維材料——銅箔上的六方氮化硼，或稱h-BN，并使用低溫濕法將其轉移到微芯片上，然后我們通過傳統的真空蒸發和光刻技術在上面形成電極，這些都是我們內部擁有的工藝，”蘭扎說?！巴ㄟ^這種方式，我們生產了一個5×5的單晶體管/單記憶體單元陣列，以橫條矩陣連接。

二維h-BN的奇特特性在于它只有18個原子或6個納米的厚度，使它成為一個理想的“記憶體”，一個電阻元件，其電阻可由施加的電壓來設定。在這種5×5的規格中，每個微型記憶體墊都與一個專用晶體管相連。這提供了所需的精細電壓控制，使記憶體作為一個功能器件在數千次循環中具有高性能和高可靠性，在這種情況下作為一個低功率的神經網絡元件運行。

“有了這一旗艦性的突破，我們現在正與領先的半導體公司交談，以繼續朝這個方向努力，”蘭扎說?！拔覀冞€在考慮在KAUST安裝我們自己的二維材料的晶圓規模的工業加工系統，以推進這種能力?！?/p>