近日，国防科技大学前沿交叉学科学院研究团队与合作单位共同研究，在新型高性能二维半导体晶圆级生长和可控掺杂领域取得重要突破，有望为后摩尔时代独立自主可控的芯片技术提供关键材料和器件支撑。
飞速发展的人工智能技术对高性能、低功耗芯片的需求日趋迫切，目前摩尔定律正逼近物理极限，传统硅基CMOS器件面临严峻的性能瓶颈。学校前沿交叉学科学院朱梦剑研究员与中国科学院金属研究所任文才研究员和徐川研究员联合团队建立了以液态金/钨双金属薄膜为衬底的化学气相沉积方法，实现了晶圆级、掺杂可调的单层WSi2N4薄膜的可控生长。其研发的新方法将畴区尺寸提升至亚毫米级，生长速率较已有文献报道值高出约3个数量级。
化学气相沉积法生长单层WSi2N4半导体薄膜
在器件性能方面，该方法具有掺杂浓度可调的独特优势，通过原位缺陷工程有效调控载流子掺杂浓度，使其在5.8×1012cm-2至3.2×1013cm-2范围内连续可调。值得关注的是，该材料还兼具优异的化学稳定性，综合性能在同类二维材料中表现突出。研究结果表明，单层WSi2N4作为新型高性能P型沟道材料，在二维半导体CMOS集成电路中具有广阔的应用前景。
单层WSi2N4场效应晶体管的电学性能
本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和国防科技大学自主科研基金项目等项目的资助，以及国家高层次人才特殊支持计划、军队高层次科技创新人才和国防科技大学领军人才等人才工程的支持。
相关成果以“晶圆级、掺杂可调的P型半导体单层WSi2N4薄膜”为题，在线发表于国际顶级期刊《国家科学评论》(National Science Review）。
